Léonie Casthel commence à prendre des cours de théâtre à 4 ans. Parallèlement, dès qu’elle est en âge de tenir un crayon, elle se met à écrire. Des contes, des bandes-dessinées, des fausses preuves de l’existence d’extraterrestres microscopiques à tête de loup, de la poésie...

En 2006, elle coécrit avec Alma Van Kleef le scénario d’un court-métrage qui faute de moyens reste hélas à l’état de rushes. En 2007, elle fonde une revue littéraire, culturelle et artistique, dont paraît un numéro. Puis, titulaire d’un bac littéraire options Histoire des Arts, Latin et Cinéma, elle suit à la Sorbonne des études de Lettres Modernes et des Études Nordiques.

En 2009, elle écrit sa première pièce, Fugue en L Mineure, qui a bénéficié d’un accompagnement à la réécriture avec l’association À Mots Découverts, et qu’elle met en espace en 2012 à l’Art Studio Théâtre, en collaboration avec Cyril Manetta. La pièce est ensuite montée dans une mise en scène de Chloé Simoneau, qui en 2014 gagne le Prix du public du Concours Théâtre 13, avant d'être jouée au Théâtre de Belleville en novembre 2014.

En mai 2014, elle met en lecture au Lucernaire sa deuxième pièce, Adelphes – nous étions mutants, lauréate du prix lycéen InédiThéâtre 2014 et éditée chez Lansman.
En septembre 2014, elle entre à l'ENSATT pour y suivre le parcours d'écriture dramaturgique, au cours duquel elle écrit notamment la pièce Milena.
Dans le cadre d’une commande passée à la section Écriture dramatique 2ème année, elle écrit les pièces courtes Quartette internet et Quintette internet, qui en 2016 sont interprétées par des collégien·nes et lycéen·nes lors du Festival Ctrl-J à Genève, lors du Festival Ado au Théâtre le Préau à Vire, et au lycée Belmont à Lyon.
En 2016, elle écrit la pièce Traverse pour le collectif La maison brûle, dans le cadre d’une résidence autogérée dans une ferme normande.
Elle écrit ensuite Étape, l’une des cinq pièces courtes constituant l’atelier-spectacle Désaffectés, écrit par les élèves de 3ème année de la section Écriture dramatique, mis en scène par Catherine Hargreaves avec les étudiant·es des promotions 76 et 78 de l’ENSATT, joué à Lyon en avril puis en tournée en mai 2017, spectacle sur lequel elle est également assistante à la mise en scène.