Il étudie le piano avec Del Valle de Paz (1914) et la composition avec Pizzetti (1918) au Conservatoire de Florence. Il reçoit les conseils d'Alfredo Casella qui fera beaucoup pour promouvoir ses compositions en Italie, à travers la Societa Italiana di Musica Moderna et à l'étranger.

Il devient célèbre en Italie entre les deux guerres où il poursuit une activité intense de compositeur et de critique musical. (1er Prix du Concours lyrique national en 1925 pour La Mandragola). Etant d'origine juive, il est obligé d'émigrer en 1939 aux Etats Unis d'abord à Larchmont dans l'Etat de New-York, puis en 1940 à Beverly Hills, en Californie. Il compose de la musique de film mais continue d'écrire beaucoup de musique symphonique et de musique de chambre. Il prend la citoyenneté américaine en 1946 et est nommé la même année professeur de composition au Conservatoire de Los Angeles .

Compositeur romantique dans la tradition d'Ottorino Respighi et Richard Strauss et auteur prolifique de pièces orchestrales, très inspiré par Shakespeare (Shakespeare Sonnets, 1945 ; Il Mercante di Venezia, 1961) et par l'héritage juif notamment dans des oeuvres basées sur des textes de l'Ancien Testament (Ruth, 1949 ; Jonah, 1951 ; Saul, 1960) la musique de Mario Castelnuovo-Tedesco est chaude et gracieuse, souvent virtuose et interpelle directement les interprètes et l'audience.