Nació en la ciudad de San Luis Potosí, S.L.P., el 2 de abril de 1896. Licenciado y doctor en derecho por la Universidad Nacional, y doctor en filosofía por la Universidad de Georgetown, en Washington, D. C.
Fue profesor de literatura en las escuelas Nacional Preparatoria y de Altos Estudios, de la misma materia en la Facultad de Filosofía y Letras, y de derecho internacional público en la de Jurisprudencia.

El Dr. Castro Leal desempeñó importantes cargos en la administración pública: fue rector de la Universidad Nacional de México (1928-1929), bajo cuya gestión se creó la Sección de Economía (actual Escuela Nacional de Economía); de la Facultad de Derecho y Ciencias Sociales; director de Bellas Artes (1934, año en que se inauguró el Palacio de BeIlas Artes); jefe de Supervisión Cinematográfica de la Secretaria de Gobernación y presidente de la Comisión Nacional de Cinematografía (1946-1949); embajador ante la UNESCO (1949-1952) y miembro del consejo directivo de esta organización (1949-1954), en cuyo carácter consiguió que se fundara en Pátzcuaro, Mich., el Centro de Educación Fundamental de Adultos para la América Latina (Crefal) y que el español, aparte del inglés y el francés, fuera declarado idioma de trabajo.

Fue presidente de la Comisión de Monumentos y Sitios Arqueológicos de la UNESCO (1950-1952) y de la Sociedad de Críticos de Arte, correspondiente de la de París (1952-1955); coordinador de Humanidades de la UNAM (1952-1954); director de Cursos Temporales de la UNAM, y de los Cursos de Extensión Universitaria de México en San Antonio, Texas (1955-1963).

Asimismo, fue miembro del servicio diplomático durante quince años, habiendo ocupado diversos puestos en Chile, Estados Unidos, Francia, Ginebra (Sociedad de las Naciones), España, Polonia, Holanda e Inglaterra, así como el de director en español de la Enciclopedia Barsa y de la “Colección de Escritores Mexicanos” de la Editorial Porrúa (91 volúmenes publicados, de los cuales prologó 34). Fue miembro del Seminario de Cultura Mexicana y de la Academia de la Lengua. Es autor de varios estudios, traducciones y de un buen número de antologías de poesía y novela mexicanas.

Realizó importantes estudios sobre la literatura mexicana en la época de la Colonia, y sobre la novela de la Revolución, además de antologías y recopilaciones; hasta muy avanzada edad siguió ejerciendo la crítica y reseña literarias.

Ingresó en El Colegio Nacional el 9 de agosto de 1948.

El Dr. Antonio Castro Leal murió el 7 de enero de 1981 en la ciudad de México.