Documentalista. Profesora de historia e investigadora en el Centro de Investigaciones de Historia de América Latina de la Universidad Católica de Chile, fue militante del Movimiento de Izquierda Revolucionaria (MIR). Trabajó en La Moneda en 1970 y 1971. Desde el 11 de septiembre de 1973, vive en la clandestinidad junto a su compañero Miguel Enríquez, jefe del MIR, y sus dos hijas pequeñas. En octubre de 1974, la casa de Calle Santa Fe, en San Miguel, donde vivían desde diciembre de 1973, fue detectada por la DINA. Durante el combate muere Miguel Enríquez. Carmen Castillo, embarazada de 6 meses, es herida, tomada prisionera y posteriormente expulsada del país.
Refugiada política en Francia, trabaja con Agnès B., escribe relatos en francés y realiza documentales para la televisión pública. En 1990, al término de la dictadura, Carmen Castillo permanece en París. Su documental La flaca Alejandra (1993) ganó el FIPA de Oro en Festival Internacional de Programas Audiovisuales de Biarritz y una serie de otros galardones. En 2002, al emprender el documental El país de mi padre, inicia los primeros retornos hacia calle Santa Fe. Desde ese momento comienza a escribir el guión y a grabar lo que sería luego el largometraje Calle Santa Fe, ganador del premio Altazor en el 2008.
Actualmente su vida transcurre entre Santiago y París.