Jego debiutem reżyserskim była komedia Libero Burro (1999) z Michelem Piccoli i Chiarą Mastroianni. Później nakręcił melodramat Namiętność (Non ti muovere, 2004) z Penélope Cruz, komedię Piękno osła (La bellezza del somaro, 2010), melodramat wojenny Powtórnie narodzony (Venuto al mondo, 2012) z Jane Birkin, melodramat Sam się nie uratujesz (Nessuno si salva da solo, 2015) z Riccardo Scamarcio, dramat Fortunata (2017) z Hanną Schygullą i komediodramat Księgarnia w Paryżu (Il materiale emotivo, 2021) z Bérénice Bejo. Współscenarzystką wszystkich filmów Castellitta była jego żona, pisarka Margaret Mazzantini.
Wybrana filmografia Filmy 1987: Rodzina (La famiglia) jako Carletto w dojrzałym wieku 1988: Lęk i miłość (Paura e amore) jako Roberto 1988: Wielki błękit (Le grand bleu) jako Novelli 1990: Tre colonne in cronaca jako dziennikarz Quinto Cecconi 1990: Podróż Alberta (Alberto Express) jako Alberto Capuano 1990: Wieczór u Alicji (Stasera a casa di Alice) jako Filippo 1991: Ciało (La carne) jako Paolo 1991: Rossini! Rossini!