30 października 2008 podpisał swój pierwszy profesjonalny kontrakt z Feyenoordem obowiązujący go do lata 2011 z opcją przedłużenia o kolejne 2 lata.
Po doskonałym występie na Mistrzostwach Europy U-17 w 2009 roku, które odbyły się w Niemczech, wiele klubów zainteresowało się młodym napastnikiem, m.in. Arsenal, Liverpool, Manchester United, Real Madryt, Inter Mediolan, Bayern Monachium czy TSG 1899 Hoffenheim. Ostatecznie 22 lipca 2009 ówczesny trener Mario Been i dyrektor techniczny Leo Beenhakker zaprzeczyli pogłoskom, jakoby Castaignos miał opuścić klub. Od 13 sierpnia 2009 roku rozpoczął na stałe treningi z pierwszym zespołem Feyenoordu. Oficjalny debiut w barwach klubu nastąpił 24 września 2009 w wyjazdowym meczu Pucharu Holandii przeciwko Harkemase Boys, w którym to zastąpił w 72. minucie schodzącego z boiska Leroya Fera.
31 stycznia 2011 oficjalna strona Feyenoordu poinformowała, że Inter Mediolan zakupił Castaignosa, jednakże dołączy on do Interu po zakończeniu sezonu 2010/11. Kontrakt został podpisany przez zawodnika 1 marca 2011http://fcinter.pl/news/11023-luc-castaignos-podpisal-kontrakt-z-interem . Prasowe spekulacje informowały o kwocie zapłaconej przez włoski klub opiewającej na 2.5 mln €.