Né le 25 juin 1992 à Bonheiden, Koen Casteels effectue sa formation au KRC Genk mais est barré par un certain Thibaut Courtois. Casteels décide alors de rejoindre Hoffenheim en 2011 à l'âge de 19 ans contre un chèque de 1,2 million d'euros. Casteels débute en Bundesliga le 23 septembre 2012 contre Hanovre 96. En novembre 2012, Casteels profite une nouvelle fois d'une blessure de Tim Wiese pour garder la cage du club allemand face au Bayer Leverkusen puis il dispute tous les matchs jusqu’à la trêve hivernale en décembre.  Lors des matchs contre le Bayer Leverkusen et contre Nuremberg, Casteels porte un masque spécialement conçu qui lui protège le visage, à la suite d'une fracture du nez survenue lors d'un entraînement. En janvier 2015, Casteels est vendu à Wolfsburg contre un montant de 1,5 million d'euros qui le prête dans la foulée au Werder Brême. Casteels revient ensuite au VfL Wolfsburg à l'été 2015 et remporte la Supercoupe le 1er août avant de devenir titulaire indiscutable depuis huit saisons.  En Allemagne, où il évolue depuis plus de dix ans, le gardien de 30 ans célébrera sa cinquième cap avec l’équipe nationale. Appelé pour la première fois par Marc Wilmots en 2013, Koen Casteels avait dû attendre septembre 2020 et un match de Ligue des Nations contre l’Islande pour jouer ses premières minutes avec les Diables. Il a ensuite disputé trois autres rencontres, dont la dernière au Pays de Galles en juin 2022.

Casteels est sélectionné chez les Diables Rouges pour la première fois en août 2013, dans le cadre d'un match amical contre la France, en tant que troisième gardien. Casteels a dû attendre septembre 2020 et un match de Ligue des Nations contre l’Islande pour jouer ses premières minutes avec les Diables. Il a ensuite disputé quatre autres rencontres, dont la dernière contre l'Allemagne en mars 2023.

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