Het derde seizoen van Castle bouwt voort op dezelfde basis als de vorige twee seizoenen: Castle blijft verliefd op Beckett. Beckett date met een ander. Intussen blijven Castle en Beckett moorden in alle soorten en maten oplossen: van dode modellen tot de vermoorde mentor van Beckett. Van moorddadige terroristen die de schuld op onschuldige Arabieren proberen te schuiven tot 200 jaar oude kogels, niets blijft onopgelost. Op het thuisfront blijven Castles moeder en zijn dochter voor de nodige afleiding zorgen.