Город Москва

Улица расположена в районах Филёвский парк и Фили-Давыдково на территории Западного административного округа города Москвы.

Улица начинается от улицы Барклая и проходит параллельно Филёвской линии метро от станции «Багратионовская» до станции «Кунцевская». Слева примыкают — 3-я Филёвская, Тарутинская и Житомирская улицы и Старорублёвское шоссе. Пересекают улицы: 2-я Филёвская, Минская и Пивченкова. Улица заканчивается примыканием к Рублёвскому шоссе, возле станции метро «Кунцевская». На пересечении с Минской улицей расположена площадь Ромена Роллана.

Справа параллельно Кастанаевской улице проходит улица Олеко Дундича. С Кастанаевской улицей она соединяется в своём начале — возле дома № 4 и своём конце — возле дома № 40. Кастанаевская улица также соединяется безымянными проездами — с проходящими параллельно слева улицей Василисы Кожиной и с улицей Герасима Курина.

Начальный участок улицы от улицы Барклая до 2-й Филёвской улицы является односторонним (движение только от улицы Барклая).

Нумерация домов начинается от улицы Барклая.

Николай Георгиевич Кастанаев входил в состав экипажа самолёта С. А. Леваневского, бесследно пропавшего при попытке перелета из Москвы в США через Северный полюс в 1937 году. Его именем ещё до Войны был назван посёлок под Москвой, в районе современных 2-й и 3-й Филёвской улиц.

По разным источникам название Кастанаевской улице было дано либо в 1958 году, либо ранее ещё 17 декабря 1948 года. До этого она называлась Главной улицей. Старое название (части улицы): 2-й Фильский проезд