Issu du music-hall, où il se plaît à jouer avec son image de pied-noir, Robert Castel débute sa carrière cinématographique à l'âge de 26 ans dans Un temoin dans la ville d'Edouard Molinaro. Dès lors, et bien que toujours cloîtré dans des seconds rôles, il va enchaîner les comédies les unes après les autres pendant près de quarante ans, tournant avec des cinéastes plus ou moins chevronnés comme Serge Korber (Un Idiot à Paris, 1967), Gérard Pirès (Elle court, elle court la banlieue, 1972, et Attention les yeux, 1975), Jean Girault (Le Permis de conduire, 1973), Robert Dhery (Vos gueules, les mouettes !, 1974), ou bien Georges Lautner dans Il etait une fois un flic (1971).
Délaissant un genre qu'il affectionne et qui le consacre, il s'aventure parfois dans des projets moins comique comme L' Insoumis d'Alain Cavalier ou encore Deux hommes dans la ville (de José Giovanni), l'histoire d'un truand cherchant à se réinsérer avec Jean Gabin et Alain Delon. Il n'empêche, au même titre qu'un Jean Lefebvre, la popularité de Robert Castel réside essentiellement sur des films burlesques et cocasses tels que Le Grand Blond avec une chaussure noire (Yves Robert) , Je suis timide, mais je me soigne (Pierre Richard), et autre Dupont la Joie (Yves Boisset) .
En 2002, et à 69 ans, il est à l'affiche de 3 zéros de Fabien Onteniente. On l'aperçoit encore quelquefois au cinéma, notamment aux côtés de Benoît Poelvoorde dans Du jour au lendemain.