Carlos Castaño gewann auf der Bahn 2004 bei den Weltmeisterschaften und bei den Olympischen Spielen in Athen jeweils die Bronzemedaille in der Mannschaftsverfolgung. Er fuhr beide Male zusammen mit Sergi Escobar, Carlos Torrent und Asier Maeztu. 2005 wechselte er auf die Straße. Er unterschrieb bei dem Continental Team Andalucía-Paul Versan. Er gewann zwei Etappen der Burgos-Rundfahrt und fuhr die ersten drei Tage im Führungstrikot. Seit 2006 fährt Castaño für das spanische Professional Continental Team Kaiku. Bei der Katalonien-Rundfahrt feierte er seinen größten Erfolg: Er gewann die vierte Etappe und fuhr zwei Tage im Führungstrikot.