Richard Castle (Nathan Fillion), es un famoso escritor de novelas de misterio, padre divorciado con una hija adolescente de quince años (Molly Quinn) y continuamente rodeado por su madre, diva de Broadway (Susan Sullivan). Por si no fuera suficiente, Castle está creativamente bloqueado. En la primera temporada, comienza a colaborar con el departamento de Policía de Nueva York, que le consulta sobre algunos casos de asesinato que han sido cometidos en lugares que imitaban las escenas de sus libros. De ese modo Castle encuentra la inspiración perdida en la forma de trabajar de la detective de homicidios Kate Beckett (Stana Katia), una brillante y enérgica detective de homicidios a la que le fascinan los casos más extraños y poco convencionales, consecuencia de la aún no resuelta muerte de su madre. Aunque Castle y Beckett entraron en conflicto instantáneamente, entre ambos surgió algo especial desde el primer caso que resolvieron juntos. Comenzaron entonces una nueva relación en la que investigaban extraños casos combinando la intuición de escritor de Castle con el creativo método de trabajo de Beckett.

Con Beckett como su musa, Castle saca partido a su recién estrenada experiencia como detective para su último bestseller a punto de publicarse, Heat Wave. Pero en el final de la pasada temporada, Castle, desobedeciendo la orden de Beckett de estar alejado del caso aún no resuelto del asesinato de su madre, descubre nueva información que podría terminar con su relación para siempre.

En el comienzo de esta segunda temporada, Castle piensa en cómo puede reparar su relación con Beckett, mientras se esfuerza por terminar su nuevo libro. Pero las circunstancias les fuerzan a volver a trabajar juntos en el caso de un hombre que aparece muerto, enredado en las ramas de un árbol. Aunque su relación sigue siendo tirante, la pasión de ambos por resolver casos hace que sigan colaborando.

¿Podrá Beckett perdonar a Castle por entrometerse en su pasado? ¿Y Castle, podrá superar su bloqueo mental a tiempo para terminar el libro antes de la fecha límite de entrega?