Nato il 14 agosto 1865 a Venezia, Guido Castelnuovo era figlio di Enrico Castelnuovo noto romanziere e sostenitore dell'Unità italiana e di Emma Levi. La famiglia abita in calle Minio, vicino campo S.Felice a poche centinaia di metri dalla sede del ginnasio-liceo.
Studente del Foscarini almeno dal 1876 quando risulta aver superato l'esame di promozione alla terza ginnasio, ottiene risultati positivi in tutte le materie, ma soprattutto in matematica; suo insegnante di questa materia era Aureliano Faifofer che ebbe certamente un ruolo importante nell'accendere il suo interesse per la geometria, tanto che in terza liceo lo studente Guido Castelnuovo aiutò Faifofer nella revisione di esercizi e problemi del suo manuale di geometria; dopo la licenza liceale conseguita a soli 17 anni nel 1882 (vedi foto di classe di quell'anno) si iscrisse alla facoltà di matematica dell'Università di Padova, dove ebbe come insegnante di geometria Giuseppe Veronese.
Conseguita la laurea nel 1886, su consiglio del Veronese si spostò per un anno a Roma dove insegnava geometria Luigi Antonio Cremona; poi su invito di Corrado Segre ottenne il posto di assistente all'Università di Torino. Nel 1891 fu richiamato a Roma a ricoprire la cattedra di Geometria analitica e proiettiva. E a Roma rimase per tutto il resto della sua vita.
Castelnuovo si occupò soprattutto della classificazione delle superfici algebriche, in collaborazione con Federico Enriques. Il suo nome è ricordato per il teorema di Kronecker-Castelnuovo, un teorema relativo alle superfici algebriche irriducibili, che era stato enunciato ma non pubblicato da Kronecker e che Castelnuovo riuscì a dimostrare.
Nel 1906 abbandonò gli studi di geometria e prese a occuparsi degli aspetti applicativi della matematica e in particolar modo del calcolo delle probabilità e della statistica; nel 1919 pubblicò il suo manuale di Calcolo delle probabilità divenuto subito un classico per la chiarezza espositiva.
Dal 1906 prese anche a interessarsi anche di didattica della matematica, ed ebbe un ruolo importante nella realizzazione dei programmi ministeriali per il liceo moderno creato dalla riforma del 1911; nel 1923 fece parte della commissione dell'Accademia dei Lincei e preparò una relazione molto critica sul progetto di riforma della scuola di Giovanni Gentile, progetto che ridimensionava il ruolo della matematica e delle scienze a favore degli studi umanistici. Le sue obiezioni furono ignorate e la riforma Gentile entrò in vigore alla fine del 1923.
Raggiunta la pensione nel 1935, Castelnuovo dovette subire l'ondata antisemita che dalla Germania era passata in Italia; le leggi razziali del 1938 lo esclusero da tutti i pubblici uffici. Chiese inutilmente per sé la discriminazione che la legge prevedeva per gli ebrei illustri che avevano onorato l'Italia. Dopo il 1938 organizzò un'Università clandestina per gli studenti ebrei e perseguitati per motivi politici. Rimase a Roma anche durante l'occupazione nazista del 1943-44, nascosto sotto falso nome presso amici.
Nel 1944 dopo la liberazione di Roma fu nominato commissario straordinario del Consiglio Nazionale delle Ricerche e quindi presidente dell'Accademia dei Lincei.
Il 5 giugno 1949 il Presidente Einaudi lo nominò senatore a vita insieme ad Arturo Toscanini, i primi due senatori a vita della Repubblica Italiana. A tutt'oggi Castelnuovo è l'unico matematico ad aver ricevuto questo onore.
Il suo interesse per la didattica della matematica e in particolare della geometria è rimasto al centro dell'attività di sua figlia Emma Castelnuovo.
Opere di Guido Castelnuovo [reperibili su SBN]
Guido Castelnuovo - Sulle congruenze del 3. ordine dello spazio a 4 dimensioni seconda memoria - Venezia - 1888
Guido Castelnuovo - Una applicazione della geometria enumerativa alle curve algebriche - 1889
Guido Castelnuovo - Numero degli spazi che segano piu rette in uno spazio ad n dimensioni nota - Roma - 1889
Guido Castelnuovo - Massima dimensione dei sistemi lineari di curve piane di dato genere - 1890?
Guido Castelnuovo - Osservazioni intorno alla geometria sopra una superficie nota - Milano - 1891
Guido Castelnuovo - Sulla razionalita delle involuzioni piane : nota - Roma - 1893
Guido Castelnuovo - Sulle superficie algebriche che ammettono un sistema doppiamente infinito di sezioni piane riduttibili ; sulle superficie algebriche le cui sezioni piane sono curve ellittiche - Roma - 1894
Guido Castelnuovo - Sul genere lineare di una superficie e sulla classificazione a cui esso dà luogo note - Roma - 1897
Guido Castelnuovo - Lezioni di geometria analitica e proiettiva - Roma Milano - 1905
Guido Castelnuovo - Elementi di geometria analitica e proiettiva - Roma - 1909
Guido Castelnuovo - Calcolo delle probabilità - Milano, Roma, Napoli - 1919
Guido Castelnuovo - Spazio e tempo secondo le vedute di A. Einstein - Bologna - stampa 1923
Guido Castelnuovo - Sulle prime applicazioni del calcolo delle probabilita alla statistica e all'attuaria - Roma - 1930
Guido Castelnuovo - Lezioni di geometria analitica : geometria analitica del piano e dello spazio, i concetti fondamentali della geometreia proiettiva, curve e superfici di secondo ... - Milano - 1931
Guido Castelnuovo - 1: Fondamenti della teoria, applicazioni alla statistica, alla teoria degli errori, alla balistica ed alla fisica - Bologna - stampa 1965