Né à Saint-Affrique en Aveyron dans une famille de vieille noblesse et de longue tradition militaire, il fit partie de la promotion 1869 de Saint-Cyr dont il sort sous-lieutenant le 14 août 1870, il est nommé au 31e régiment d'infanterie et participa à la Guerre franco-prussienne de 1870-1871.

Son catholicisme exalté le fit surnommer « le Capucin Botté » ou encore par Clemenceau de "général de Jésuitière, indigne des responsabilités qu'il assumait", et qui lui disait " Après notre mort, mon Général, Dieu nous départagera"[1].

Avec ses prises de position lors de l'affaire Dreyfus, il sera écarté un temps de la direction du premier bureau, lors du ministère du général André et de l'affaire des fiches.

Promu général de brigade le 25 mars 1906, il commande la 24e brigade à Sedan, la 7e à Soissons, et devient général de division le 21 décembre 1909 - il avait été exclu une première fois du tableau d'avancement par le général Sarrail, alors directeur de l'infanterie -, il commande alors la 13e division à Chaumont. Rappelé à l'état-major sur demande express de Joffre, il est nommé, le 2 août 1911, premier sous-chef d'état-major général sous ses ordres. La même année, il est promu Commandeur de la légion d'honneur.

De 1911 à 1914 il fut chef d’état major de Joffre et aida à l’élaboration du Plan stratégique XVII destiné à reprendre l’Alsace-Lorraine dans l’idée d’envahir l'Allemagne. Au commencement des hostilités, Castelnau prit le commandement de la Seconde Armée, qui devait jouer un rôle central dans la mise en œuvre du Plan XVII. Lors de la bataille des frontières, il dut arrêter sa progression au niveau de Morhange-Sarrebourg après avoir subi d'importantes pertes lors de la bataille de Morhange.

Il eut plus de succès en organisant la défense de Nancy. Il obtint une victoire défensive décisive dans la trouée de Charmes (24-26 août) qui prolongeait la victoire de la Marne vers l'Est, empêchant les armées françaises d'être tournées par la droite et rendant