A história de Dionísio e Domingos Castro não pode ser começar a ser contada no singular. É difícil desentrelaçar a biografia de dois atletas que não raras vezes cortaram a meta de mãos dadas. Os irmãos gémeos, nascidos no dia 22 de novembro de 1963, em Fermentões, formaram a parelha de gémeos mais popular do atletismo nacional. Tinham cerca de 14 anos quando descobriram a paixão pela modalidade. Começaram a correr pela Casa do Povo de Fermentões, clube da terra, e despertaram atenções no Lameirinho.

Em 1984. Domingos foi convidado para integrar os quadros do Sporting Clube de Portugal e pela primeira vez começaram a percorrer caminhos diferentes. Dionísio Castro assumiu a equipa da Grundig, mas continuou ligado ao irmão na vida e no atletismo: à tarde fazia os treinos que passavam ao irmão durante a manhã. Esta separação foi dolorosa para ambos e não durou muito tempo. Mário Moniz Pereira, que chamou primeiro Domingos, quis reunir os irmãos gémeos no Sporting CP.

Na carreira do vimaranense sobressai um feito notável e ligeiramente insólito. Remonta a 1990, precisamente entre as duas participações olímpicas que carimbou. Em França, na comuna de La Flèche, foi contratado para ser lebre na prova dos 20000 metros. No atletismo, a lebre é o atleta contratado pela organização com a função de imprimir ritmo à prova para levar os restantes corredores a quebrar recordes. Inicialmente, Dionísio ia correr só metade, mas acabou por aceder ao pedido para fazer mais uns quilómetros até perceber que estava suficientemente bem para terminar. Começou como lebre e acabou como vencedor e detentor de um novo recorde mundial. A distância percorrida em 57 minutos e 18 segundos destronou o recorde anterior por uma margem de seis segundos. O recorde mundial manteve-se por um ano, mas Dionísio Castro viu o seu recorde europeu durar até 2020. Na corrida que não era para ser levada a sério, o vimaranense acabou por estabelecer um recorde mundial que durou 30 anos.

No mesmo ano conseguiu a melhor classificação da carreira em representação do país nas grandes provas. Em Split, Croácia, foi o 4.º melhor classificado nos 5000 metros do Campeonato da Europa de Atletismo. Entrou na última volta em primeiro lugar, mas sobre a meta foi ultrapassado por um atleta polaco e afastado do pódio. Dionísio e a Federação Portuguesa de Atletismo acusaram o vencedor da prova de empurrar o atleta português para fora da pista, mas o protesto não deu em nada. Há outros resultados de relevo conquistados dentro e fora do país. Conseguiu o 8.º lugar nos 5000 metros em duas edições do Campeonato Mundial de Atletismo. Foi campeão nacional de corta-mato e dos 5000 metros.

Em 1988 e em 1992, respetivamente em Seul e Barcelona, Dionísio participou nos Jogos Olímpicos em eventos diferentes. Na capital coreana optou pelos 10000 metros. Quatro anos depois decidiu correr a maratona. No entanto, as provas olímpicas não sobressaem no currículo. Não terminou nenhuma.

Abandonou Alvalade em 1998 e transferiu-se para o clube brasileiro Pão de Açúcar. Retirou-se no ano seguinte, com 36 anos, na sequência de uma lesão. Manteve-se sempre, juntamente com o irmão, ligado ao desporto. Fundaram a Associação Recreativa e Desportiva Gémeos Castro e a empresa Castro Brothers. Em Guimarães, a Pista de Atletismo Irmãos Gémeos Castro presta homenagem ao legado dos gémeos que conquistaram o atletismo português.