Lou Castel naît à Bogota, d'un père suédois diplomate alors en poste en Colombie, et d'une mère irlandaise. Il grandit avec son frère jumeau à Carthagène des Indes. Il connaît une éducation cosmopolite et dira plus tard n'avoir « pas de langue propre » et s'exprimer dans toutes les langues avec un accent, sauf en suédois qu'il n'a plus l'occasion de parler. Alors qu'il est âgé de six ans, ses parents se séparent. Il suit alors sa mère en Europe, et vit successivement à Londres, puis à Stockholm où il poursuit sa scolarité. Il s'installe ensuite à Rome, où il rejoint sa mère qui travaille à l'époque dans l'industrie du cinéma italien. Militante communiste, sa mère l'amène à fréquenter non seulement les professionnels du cinéma mais également des milieux politisés[2].
C'est Luchino Visconti qui le fait débuter dans l'Italie des années 1960 mais c'est Marco Bellocchio qui en fait une vedette, aussitôt après, avec Les Poings dans les poches ; son rôle de bourgeois névrosé qui massacre sa famille marque durablement ses rôles au cinéma, puisqu'on en trouve des traces jusque dans ses interprétations des années 1990, dans La Naissance de l'amour de Philippe Garrel et Irma Vep d'Olivier Assayas notamment. Par la suite, il choisit souvent des rôles sombres et torturés, parfois très négatifs. S'il incarne François d'Assise de Liliana Cavani, dès son deuxième grand rôle, dans les années 1970, on le voit interpréter d'inquiétants terroristes d'extrême gauche, dans plusieurs films tels que Nada ou Le Pont de Cassandra. Il retrouve d'ailleurs cet emploi, en 1991, dans Year of the Gun.
Ses activités de militant d'extrême-gauche le font expulser d'Italie, en 1972 : il est alors renvoyé à Stockholm, où il ne connaît plus personne. Wim Wenders lui permet de se relancer en lui confiant le rôle du pasteur protestant coupable d’adultère, pour La Lettre écarlate. Il revient clandestinement en Italie plusieurs fois. Il se lie à l'actrice Marcella Michelangeli dont il a un fils, Rocco.
En 1984, Fabienne Pascaud dans un entretien avec Castel pour Télérama[4] commence son article avec cette citation de Les Yeux, la bouche : « Les metteurs en scène ne m'appellent plus parce que je suis devenu trop gros. » La journaliste décrit le « comédien-poète, à la présence animale et mystérieuse » avec sa « mine renfrognée d'adolescent à problème sur laquelle le temps trop vite était passé, en "longue veste blanche (...) couverte de taches, comme exprès » et la longue galerie de personnages tardifs : « l'enfant du placard » de Benoît Jacquot, le « rôdeur bizarre » de l' L'Ami américain, « l'amoureux fou et secret » de Violanta.
Castel confie dans cet article que ses « activités politiques d'extrême gauche ont dérangé sa carrière ». Il s'affirme comme une conscience nécessaire dans ce milieu, entre « illusions perdues » et « violence souterraine ».