1992-ben Barcelonában megnyerte az országúti olimpiai bajnokságot. Ez után 1993-ban a profik táborába lépett. Első győzelmét a profik között a Settimana Verfnasca versenyen érte el. Volt harmadik helyen Svájci körversenyen egyik szakaszán. Az amerikai Motorola csapat tagjaként kétszer vett részt Tour de France-on.

1995-ben a Tour 15-ik szakszán a Col de Portet d'Aspet hegyről lejövet bukott, és meghalt. Nem sokkal a tragédia után emlékkövet emeltek azon a helyen. 1997-ben a Tour ismét érintette a Col de Portet d'Aspet hegyet, ekkor a mezőny megállt egy rövid időre, és lerótta kegyeletét a Casartelli előtt.

Fia, Marco Casartelli 1995. október 22-én lett megkeresztelve a Madonna Del Ghisallo kápolnában. A keresztelésnél Casartelli kerékpárját az oltárhoz támasztották.