[2]​ Aunque comenzó a formarse junto al neuropatólogo Nicolás Achúcarro, al caer éste enfermo, pasó a trabajar directamente con Cajal en 1916, de quien ya no se separaría hasta su muerte.

Además, este trabajo le granjeó la distinción de su maestro, Ramón y Cajal, quien supo reconocer la inusual destreza adquirida por su joven discípulo en la técnica histológica, lo que le llevaría a elegirle para publicar conjuntamente el libro "Elementos de técnica micrográfica del sistema nervioso", publicado en 1933 y en el que se compendiaban todas las técnicas y protocolos desarrollados por la denominada Escuela Española de Neurología o Escuela de Cajal.

Finalizada ésta, Fernando de Castro constituyó el Museo Cajal, dentro del Instituto, y fue desposeído de su cátedra en la Universidad por motivos políticos, hasta que en 1950 fue repuesto en la misma.

Con motivo del Premio Nobel concedido a Severo Ochoa (1959), Fernando de Castro compuso, junto al ginecólogo Jesús García-Orcoyen y al fisiólogo José Mª Corral, la delegación oficial que representó a España en los actos celebrados en Estocolmo.

[5]​ Ha colaborado en la obra de Wilder Penfield "Citology and Cellular Pathology of the Nervous System".

En colaboración con Ramón y Cajal publicó el libro "Técnica micrográfica del sistema nervioso".