Mario Castelnuovo-Tedesco 1895. április 3-án született Firenzében, spanyol származású bankár család legkisebb fiaként. Édesapja ellenezte fia zenei tanulmányait, mert később őt is a bankszakmában szerette volna tudni, ezért kezdetben csak az édesanyja tanította zongorázni. Első nyomtatásban megjelent művét, a Piccolo Walzer-t 9 évesen komponálta. 12 évesen, immár apja beleegyezésével a Luigi Cherubini Konzervatórium hallgatója lett Firenzében.
Legelső zongoratanárának javaslatára zeneszerzést kezdett tanulni, rövid ideig Antonio Scontrinonál, majd Idebrando Pizzettinél, aki a fiatal komponista egész életére meghatározó hatással volt. Első, szüleivel 1913-ban tett spanyolországi útja szintén mély benyomással volt rá, ami később zenéjében is érezhetővé vált. 1914-ben zongoristaként szerezte meg diplomáját, 1918-ban pedig zeneszerzőként végzett. A következő években írta első operáját, különböző zongoradarabokat, és a hegedűversenyt, melyeket híres művészek adtak elő, mint Walter Gieseking vagy Jasha Heifetz.
1932-ben egy zenei fesztiválon találkozott először Andrés Segoviával, akinek biztatására gitárműveket kezdett el komponálni. Később a 20. századi gitárirodalom remekei születtek ebből a találkozásból, köztük az 1939-ben komponált híres D-dúr concerto. 1939-ben a fasiszta diktatúra üldözése miatt családjával el kellett hagynia imádott szülővárosát és Amerikában telepedett le. Még ebben az évben zongoristaként mutatkozott be a new yorki közönség előtt, ám hamar rá kellett jönnie, hogy családja számára ez nem jelent biztos megélhetést.
1940-től 1956-ig zeneszerzőként dolgozott a Metro-Goldwin-Mayer-nek és más hollywood-i filmgyáraknak, de ez idő alatt is számos koncertzenét szerzett. Ilyen az Il Mercante di Venezia című operája, amely 1958-ban a Milánói Scala által támogatott nemzetközi pályázaton első díjat nyert. 1943-tól kezdett tanítani, egyik legelső tanítványa André Previn volt. Az 1950-es évektől a Los Angeles-i Zenei Konzervatórium tanára volt. A háború után még néhányszor visszatért Európába, ahol műveit távozása után is számon tartották és rendszeresen játszották. 1968. március 16-án halt meg Beverly Hills-ben.
