Pedro Castanheira é formado em Filologia pela Universidade Nova de Lisboa e pela Faculdade de Filosofi a da Universidade Humboldt de Berlim. Frequenta o Conservatório de Cinema e a Escola de Fotografi a AR.CO em Lisboa e mais tarde torna-se Mestre em Direção de Fotografia, pela Escola de Cinema de Madrid, ECAM. Em 2007, recebe o Prémio Kodak Film e é convidado a trabalhar com o consagrado diretor de fotografia Vilmos Zsigmond, no Masterclass de Cinematografia de Budapeste. Desde então, diversifica a sua filmografia um pouco por todo o mundo como diretor de fotografia de cinema, publicidade, televisão e documentários, nomeadamente em Espanha, Alemanha, Reino Unido, Dinamarca, Hungria, Polónia, Palestina, Líbano, Israel, Jordânia, Brasil, Chile e Portugal.
Em 2012 - depois de ter trabalhado na fotografia do filme "Søndag", produzido pela companhia Zentropa de Lars Von Trier, e de receber o Prémio à Melhor Fotografia do Ano no Festival Alto Vicentino (Itália) com o filme "Viejos Perdedores" - é selecionado para o Berlin Talent Campus desse ano no Festival Internacional de Cinema de Berlim.
No âmbito teatral, leva mais de 10 anos realizando peças audiovisuais, das quais se destacam: "Viriato Rey", de João Osório de Castro, com encenação de João Mota e estreado no Festival Internacional de Teatro Clássico de Mérida; "El Jardín de los Cerezos", de Tchekov, e "After", de Nelson Marchant, ambos estreados no Teatro Camino de Santiago do Chile; o documentário "Um Nómada Fiel" sobre o encenador Rogério de Carvalho, estreado no Festival Internacional de Teatro de Almada de 2015.
Além da sua atividade como cineasta, dedica-se simultaneamente à investigação e ao ensino da arte da cinematografia e da iluminação, sendo professor e cofundador da Escola de Cinema ParaleloB, em Madrid.