Filho de Luiz Antônio de Castilho e Edith Teixeira de Castilho, Ataliba Teixeira de Castilho nasce no dia primeiro de abril de 1937, em Araçatuba, interior de São Paulo.

Sua formação acadêmica, realizada na Universidade de São Paulo (USP), compreende: Licenciatura em Letras Clássicas (1959), Especialização em Filologia Românica (1960) e Doutorado em Linguística (1966), orientado por Theodoro Henrique Maurer Junior.

Ataliba Teixeira de Castilho inicia sua carreira acadêmica em 1961, como professor titular da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Marília, integrada posteriormente à Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" (UNESP), onde permanece até 1975. Em 1969, é um dos fundadores do Grupo de Estudos Linguísticos do Estado de São Paulo (GEL), sendo eleito seu primeiro presidente. Participa também da Comissão de Organização da Associação Brasileira de Linguística (ABRALIN), integrando seu Conselho Científico. Entre 1983 e 1985, é presidente da ABRALIN. Ainda em 1969, torna-se um dos delegados brasileiros junto ao Programa Interamericano de Linguística e Ensino de Idiomas (PILEI) e membro da Associação de Filologia e Linguística da América Latina (ALFAL).

Em 1970, Ataliba Teixeira de Castilho é professor visitante na University of Texas at Austin e passa a coordenar, primeiro ao lado de Isaac Nicolau Salum, depois de Dino Preti, o "Projeto de Estudo da Norma Urbana Culta da Cidade de São Paulo" (Projeto NURC-SP). Em 1975, assume o cargo de professor titular no Instituto de Estudos da Linguagem, da Universidade Estadual de Campinas (IEL - UNICAMP).

Em 1981, realiza pós-doutorado como bolsista da Comissão Fulbright, na Cornell University e na University of Texas at Austin. Em 1988, torna-se coordenador geral do "Projeto de Gramática do Português Falado", cujos resultados são publicados pela Editora da UNICAMP, a partir de 1990. Ainda em 1990, faz pós-doutorado na Université D'aix Marseille e preside, na UNICAMP, a Comissão Organizadora do IX Congresso Internacional da ALFAL.

Em 1991, aposenta-se na UNICAMP e, em 1992, vincula-se como professor doutor assistente na USP, local em que, no ano seguinte, torna-se livre-docente em Filologia e Linguística Portuguesa. Em 1995, faz pós-doutorado no Institute of Linguistics. Dois anos depois, faz pós-doutorado na Università degli Studi di Padova. No mesmo ano, cria e coordena o "Projeto de História do Português de São Paulo". Em 1998, também cria e coordena o "Projeto para a História do Português Brasileiro". Entre 2000 e 2001, realiza pós-doutorado na University of California San Diego e, entre 2004 e 2008, na Georgetown University, ambas nos EUA. Em 2006, torna-se assessor linguístico do Museu da Língua Portuguesa. No mesmo ano, coordena junto à outros pesquisadores a publicação do primeiro volume da Gramática do Português Culto Falado no Brasil, publicada pela editora da UNICAMP.

No ano seguinte, aposenta-se compulsoriamente, permanecendo, entretanto, como professor senior na USP e como professor colaborador voluntário na UNICAMP.

Ao longo de sua trajetória profissional, Ataliba Teixeira de Castilho realiza diversas atividades junto a entidades de fomento científico, como a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Escreve, até o momento, uma vasta obra, distribuída entre livros, comunicações, artigos em revistas científicas, nacionais e estrangeiras, e capítulos dispersos em obras organizadas por terceiros. Em 2010, lança a Nova Gramática do Português Brasileiro. Atualmente, é editor geral da obra coletiva "História do Português Brasileiro", em andamento. É membro do corpo editorial das seguintes revistas: Alfa (Revista de Linguística da UNESP), Linguística (Revista da Associação de Linguística e Filologia da América Latina), Revista do GEL, Cadernos de Estudos Linguísticos (UNICAMP), Filologia e Linguística Portuguesa (USP). Tem desenvolvido pesquisas na área de Linguística do Português, com ênfase nas seguintes áreas: descrição da língua falada, sintaxe funcionalista do português brasileiro, história do português brasileiro e análise multissistêmica do português brasileiro.