Carol Castro, atualmente com 36 anos, é carioca, mas passou parte da infância em Natal (RN), na casa dos avós maternos, após a separação dos pais. Aos nove anos, voltou para a casa do pai, no Rio de Janeiro (RJ). Lucca de Castro é diretor de teatro e foi o principal influenciador na carreira de Carol.
Ao lado do pai, estreou no teatro em 1993. Anos depois, já em 2000, assinou uma releitura de sua primeira peça, Terror em Copacabana, quando chamou a atenção de um produtor global, que a apresentou ao diretor Ricardo Waddington, que a convidou para atuar em Mulheres Apaixonadas (2003). Na trama, ela é Gracinha, filha de empregados, mas criada na casa dos patrões, como um membro da família.
Também em 2003, Carol posou para a revista masculina VIP e estreou no cinema. Em 2004, foi cogitada para o papel de Regininha, em Senhora do Destino, mas acabou fazendo o papel de Angélica, filha postiça de Maria do Carmo.
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Em 2006, protagonizou Bang Bang e, no remake de O Profeta, fez sua primeira antagonista. Sua primeira personagem cômica foi em Beleza Pura (2008), na pele da oportunista Sheila.
Fez dois ensaios sensuais para o site Paparazzo (2003/2005) e foi capa da Playboy, em 2008.
Em 2010, teve um dos papeis principais na novela Escrito nas Estrelas, como a estudante de psicologia Mariana. Em 2011, participou de Morde e Assopra; em 2012 foi a paraense Jacira em Amor Eterno Amor.
Como a advogada Silvia, participou de Amor à Vida (2013). Em 2016, protagonizou a primeira fase de Velho Chico, como a jovem Iolanda, ao lado de Rodrigo Santoro. Em 2018, fez o Tempo Não Pára e, em 2019, Orfãos da Terra.
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Após três casamentos, Carol teve sua primeira filha, Nina, com o violinista Felipe Prazeres, com quem ficou casada por três anos. Agora, ela namora o ator Bruno Cabrerizo.
Mostrando parceria e calmaria no relacionamento, ela reclama da saudade durante a pandemia, pois está afastada do amado. Ele está na Itália ao lado dos filhos e ela se diz amadurecida pela maternidade, tendo em Nina sua prioridade.
Apesar do isolamento social, Carol Castro, em parceria com a Rede Internacional de Saúde Mental e Apoio Psicossocial em Emergências Humanitárias (MHPSS.net) e a Organização Pan-Americana da Saúde/Organização Mundial da Saúde (OPAS/OMS) no Brasil, gravou o videobook Meu Herói é Você, para explicar para as crianças o que é a pandemia e quais as consequências do Covid-19.
