Isabella Castillo nasce il 23 dicembre 1994 a L'Avana, Cuba, ed è figlia della cantante Delia Díaz de Villegas e del batterista José Castillo; ha una sorella maggiore, Giselle, pianista e insegnante di musica. Nel 1997, all'età di 3 anni, scappa da Cuba con la famiglia, nascondendosi per breve tempo in Belize, per poi raggiungere alcuni mesi dopo Miami, in Florida, dove vive. All'età di cinque anni fa il suo debutto come cantante partecipando a un concerto della madre e, da quel momento, prende lezioni di ballo e canto, studiando poi musica alla Musical Procenter e vincendo per quattro volte il Grand Prize alla Youth Fair della Florida International University. Il 26 marzo 2005 vince il primo premio nella categoria dei cantanti bambini più promettenti durante lo USA World Showcase che si tiene al MGM Grand di Las Vegas e il 15 luglio sale sul palco del Manuel Artime Theater di Miami nel musical Fantasía en Disney; partecipa anche alla gara Best New Talent a Los Angeles e al concerto offerto dall'ambasciata israeliana per i residenti degli Stati Uniti di origini cubane.

Nel 2007 ottiene il riconoscimento Magnet Oustanding Performance alla South Miami Middle Community School e viene invitata a onorare Shimon Peres, neo-eletto presidente dello stato di Israele. Sempre nel 2007, durante una vacanza in Spagna, viene convinta dal produttore della madre, Óscar Gómez, a prendere parte all'audizione a Madrid per il musical El diario de Ana Frank - Un canto a la vida[8] e comincia un corso intensivo di recitazione con l'attrice cubana Lili Rentería; trasferitasi in Spagna con i genitori, dopo tre turni di provini ottiene la parte principale: per il ruolo deve anche correggere il suo accento spagnolo, passando da quello cubano a quello castellano. Il musical, che apre il 28 febbraio 2008, le fa vincere il premio Gran Vía come Miglior giovane rivelazione.

Ritornata negli Stati Uniti, nel 2009 comincia la sua carriera di attrice nella telenovela prodotta da Telemundo El fantasma de Elena, nella quale interpreta la diciassettenne Andrea Girón; registra anche le cover in inglese e in spagnolo del brano Reflection di Christina Aguilera, dal film d'animazione Mulan, che vengono rese pubbliche soltanto a gennaio 2014. A dicembre 2010 viene scelta per interpretare il ruolo di Grachi, protagonista della nuova e omonima telenovela di Nickelodeon Latinoamérica, che inizia a essere trasmessa il 2 maggio 2011. Grachi ha un grande successo, tanto da venire esportata anche all'estero ed essere rinnovata per altre due stagioni. Un musical interpretato dal cast della serie, Grachi - El show en vivo, gira per i teatri di Messico e Argentina durante il 2012. Grazie alla parte di Grachi, tra il 2011 e il 2013 Isabella Castillo viene più volte candidata ai premi di Attrice preferita, Rivelazione televisiva e Personaggio preferito ai Kids' Choice Awards México, Kids' Choice Awards Argentina e Meus Prêmios Nick Brasil, a volte vincendo. Consegue inoltre il titolo di Migliore artista latinoamericana ai Kids' Choice Awards, introdotto per la prima volta nel 2012, che vince anche l'anno successivo.

Il 21 febbraio 2013 firma con Warner Music Latina per il suo primo album da solista, Soñar no cuesta nada, il cui singolo di debutto omonimo viene diffuso nelle radio il 18 marzo. Dopo l'uscita dell'album il 23 aprile 2013, inizia un tour promozionale per l'America Latina, che si conclude a fine agosto in Argentina. Nel frattempo, il 16 luglio si esibisce durante il concerto Exa Frozt a Monterrey e il 6 agosto registra a Buenos Aires il videoclip di Esta canción. A ottobre vince il premio di Artista o gruppo latino preferito ai Kids' Choice Awards Argentina e a dicembre riceve tre nomination ai Premios TKM, di cui una per l'album di debutto e una per il secondo singolo, Esta canción. Due i progetti che nel corso dell'anno non vanno in porto: un tour di concerti previsto per ottobre e la partecipazione, nel ruolo di María, al revival messicano del 2014 del musical Hoy no me puedo levantar. Nella seconda metà di gennaio 2014, mentre prepara le canzoni per un nuovo album, si trasferisce per tre mesi a Los Angeles. Il 1º settembre 2014 viene pubblicato il duetto Que duermas conmigo con il cantante Patricio Arellano, facente parte del terzo album di quest'ultimo, Romeo, e il 26 settembre sfila durante l'evento di moda Fashion for Her per la collezione della stilista boliviana Rosita Hurtado. Il 21 ottobre viene annunciata nel cast della telenovela Tierra de reyes, nel doppio ruolo di Alma Gallardo e Verónica Saldívar, che inizia a essere trasmessa il 2 dicembre: per la serie canta il brano Lo que siento por ti.