Este joven talento brasilero comenzó triunfando en el campeonato nacional Kart de 1988 en su país. Cuatro años después termina segundo en el fórmula 3 de Sudamérica. Su experiencia lo lleva a dar paso a la Indy Lights, en la cual tiene una excelente temporada en 1997.

Su ingreso en la categoría CART se da en 1998 con el equipo ya desaparecido Hogan Racing, uno de sus primeros logros, fue conseguir la pole position en la carrera de Milwaukke, este seria el comienzo de una avalancha de triunfos.

Castroneves inicia el 2000 con una nueva escuadra, la Marlboro Team Penske, en la cual su coequipero seria su compatriota Gil de Ferran,. Su primera victoria fue en Detroit, Michigan, seguida de la de Toronto, Canadá y en Laguna Seca, California, las cuales lo consolidaron como uno de los mejores de la serie.

En el 2001, ganó las 500 millas de Indianapolis, en una carrera que marcó el regreso a esta pista del dueño de equipo, Roger Penske. Fue tal la emoción de conquistar una carrera de tan alto prestigio que el piloto celebró en medio de la pista, detendiendo su auto cerca de la meta y subiendose a la cerca, elevó su puño derecho en señal de triunfo y llamó a sus compañeros de equipo para que se le sumasen en su alegría.