Castrénin vanhemmat olivat sanomalehden toimittaja Robert Castrén ja Charlotta Pipping. Hän kuului isänsä puolelta vanhaan Castrénin kulttuurisukuun ja äitinsä puolelta Pippingin sukuun. Castrén valmistui ylioppilaaksi 1896 Nya svenska samskolanista erinomaisin arvosanoin. Hän opiskeli yliopistossa estetiikkaa ja kirjallisuustiedettä ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1899, maisteriksi 1900, lisensiaatiksi 1902 ja tohtoriksi 1910. Väitöskirjan aiheena oli Frans Mikael Franzén Suomessa. Hän opiskeli kirjallisuushistoriaa myös Kööpenhaminan yliopistossa 1903 ja teki lukuisia opintomatkoja ulkomaille. Castrén oli Helsingin yliopiston kirjastossaamanuenssina 1896–1907.[1][2]
Castrén tunnetaan etenkin Johan Ludvig Runebergin tuotannon tutkijana ja hän kirjoitti muun muassa kommentaarit Runebergin runoihin.[1] Vuonna 1919 Castrén julkaisi laajan monografianGustaf Philip Creutzista ja hän kirjoitti myös monografiat Juhani Ahosta 1922 ja Runar Schildtistä 1927. Vuonna 1907 ilmestyi tutkimus Suurvalta-ajan runous ja 1910 tutkimus Pohjola ranskalaisessa kirjallisuudessa. Castrén laati myös uutta aikaa koskeneen osan Schiick-Warburgin Ruotsin kirjallisuuden historiasta.[2]
Castrén oli Helsingin yliopiston estetiikan ja nykykansain kirjallisuuden dosentti 1907–1924, kotimaisen kirjallisuuden professori 1924–1938 ja ruotsalaisen kirjallisuuden professori 1938–1945. Hän oli Svenska litteratursällskapet i Finlandin puheenjohtaja 1924–1934 ja Suomen Tiedeseuran puheenjohtaja 1945–1946.[1] Castrén oli valtion kirjallisen asiantuntijalautakunnan jäsenenä vuodesta 1918 ja Suomen ruotsalaisen kirjailijaliiton puheenjohtajana hän oli 1924–1929. Vuonna 1934 hän sai Ruotsin akatemian kuninkaallisen palkinnon. Castrén oli Euterpe-lehden toimituskunnan jäsenenä 1902–1905, Fria Ord-lehden toimituskunnan jäsenenä 1903–1904 ja Argus- ja Nya Argus-lehtien toimituskunnan jäsenenä 1908–1927.[2]
Torsten Söderhjelm : Uppsatser och kritiker, red. af Werner Söderhjelm och Gunnar Castrén; med en inledning af Gunnar Castrén. Helios, Helsingfors 1908
Norden i den franska litteraturen. Helsingfors 1910
Festskrift tillägnad Yrjö Hirn den 7 december 1930, redaktionskommitté: Gunnar Castrén, K. S. Laurila, Hans Ruin. Schildt, Helsingfors 1930
Illustrerad svensk litteraturhistoria 3 : Den nya tiden 1870–1914. Geber, Stockholm 1932
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 1 : Dikter 1-3, under red. av Gunnar Castrén och Martin Lamm; utg. av Sven Rinman. Svenska litteratursällskapet i Finland, Stockholm 1933
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 2 : Strödda dikter; under red. av Gunnar Castrén och Martin Lamm ; utg. av Gunnar Castrén. Svenska litteratursällskapet i Finland, Stockholm 1934
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 10, 2 : Kommentar till dikter I-III; under red. av Gunnar Castrén och Martin Lamm; av Gunnar Castrén, Sixten Belfrage. Svenska litteratursällskapet i Finland, Stockholm 1939
Nya svenska samskolan 1888–1938, redaktionskommitté Gunnar Castrén et al. Nya svenska samskolan, Helsingfors 1938
Josef Julius Wecksell, Daniel Hjorts skapare. Svenska teaterns i Helsingfors nordiska turné, Helsingfors 1940
Runebergs brev till Emilie Björkstén. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1940
Herman Kellgren : ett bidrag till 1840- och 1850-talens kulturhistoria. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1945
"Vårt land". Samfundet Sverige-Finland, Stockholm 1948
Humanister och humaniora : tryckt och talat från sex decennier. Schildt, Helsingfors 1950
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 3, 1-2 : Episka dikter; under red. av Gunnar Castrén, Martin Lamm ; utg. av Gunnar Tideström. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1950
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter Del 10, 5, under red. av Gunnar Castrén och Martin Lamm. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1952
Yrjö Hirn : minnestal hållet vid Finska vetenskaps-societetens sammanträde den 16 februari 1953. Societas scientiarum Fennica, Helsingfors 1954
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter Del 10, 6, under red. av Gunnar Castrén och Martin Lamm. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1954
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 11, 1–2 : Kommentar till strödda dikter; under red. av Gunnar Castrén, Martin Lamm ; av Gunnar Castrén, Sixten Belfrage. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1955-1956
Johan Ludvig Runeberg : Samlade skrifter 4 : Psalmer, under redaktion av Gunnar Castrén och Gunnar Tideström ; utgiven av Sven Rinman. Svenska litteratursällskapet i Finland, Helsingfors 1959
↑Asiasta kertoo venäjän kielen yliopistolehtori Vladimir Smirnoff teoksessa Muistelmia V.I. Leninistä 1. Petroskoi: Karjalan ASNT:n valtion kustannusliike, s. 413.