Серхио Касаль начал выступления в профессиональных турнирах с 1981 года. В этом же году он провёл свои первые матчи за сборную Испании в Кубке Дэвиса, одержав три победы в трёх встречах в парном разряде, что помогло команде выиграть турнир в Европейской зоне. Касаль выиграл свой первый «челленджер» в парном разряде в апреле следующего года в своей родной Барселоне, а в августе в Таррагоне победил и на своём первом «челленджере» в одиночном разряде. В том же году он стал чемпионом Испании по теннису в одиночном разряде.
Уже в 1983 году Касаль впервые в карьере дошёл до финала турнира Гран-При АТР. Это произошло в апреле в Экс-ан-Провансе, где он стал финалистом как в одиночном разряде (победив в полуфинале Анри Леконта, уступил в финале Матсу Виландеру), так и в паре с чилийцем Иваном Камю. Он также дошёл до третьего круга в парном турнире Открытого чемпионата Франции и закончил сезон в числе ста лучших теннисистов мира и в одиночном разряде, и в парах.
В 1984 году Касаль сменил ряд партнёров, ни с кем из них не добившись значительных успехов. К концу сезона его партнёром стал Эмилио Санчес, с которым он одержал две победы в парном разряде в Кубке Дэвиса (всего выиграв за год семь из восьми матчей в одиночном и парном разряде и опять выиграв со сборной Европейскую зону).
Именно с Санчесом связаны практически все дальнейшие успехи Касаля в профессиональном теннисе. Вместе они с 1985 по 1995 год выиграли 42 турнира Гран-При и сменившего его АТР-тура (ещё в трёх турнирах Касаль первенствовал с двумя другими испанскими теннисистами, братом Эмилио Хавьером Санчесом и Томасом Карбонеллом. Касаль и Эмилио Санчес выиграли Открытый чемпионат США 1988 года и Открытый чемпионат Франции 1990 года. Помимо турниров Большого шлема, Касаль и Санчес выигрывали такие престижные турниры, как Открытый чемпионат Германии (трижды), Trofeo Conde de Godo в Барселоне (дважды), Открытый чемпионат Италии и Открытый чемпионат Монте-Карло. Рекордным для них стал 1988 год, который они закончили с восемью победами в турнирах. Они также дошли до финала Уимблдонского турнира 1987 года и финала Олимпийского турнира в Сеуле 1988 года. В 1988 и 1990 годах они также выходили в финал итогового турнира года, в котором в общей сложности участвовали семь раз как одна из лучших пар мира.
Ещё один успех Касаля был достигнут уже в 1986 году, когда в паре с Рафаэллой Реджи он завоевал свой первый титул на турнирах Большого шлема, выиграв Открытый чемпионат США в смешанном разряде.
Наиболее значительным достижением в одиночной карьере Касаля стал выигрыш турнира Гран-При во Флоренции в 1985 году. Находясь в тот момент на 217 месте в рейтинге АТР, он на пути к титулу победил четверых соперников из первой сотни, в том числе 12-ю ракетку мира Аарона Крикстейна. Победа позволила ему вернуться в сотню сильнейших, а по ходу сезона он развил успех, дойдя до полуфинала турнира в Кицбюэле и четвертьфинала в Барселоне и поднявшись в ноябре до тридцатого места в рейтинге, высшего в карьере. На счету Касаля в одиночном разряде — победы над десятой ракеткой мира Джоном Макинроем (на турнире в Париже в 1986 году, на котором Касаль дошёл до финала) и над второй ракеткой мира Борисом Беккером (1987 год, Кубок Дэвиса).
Высшее достижение Касаля в Кубке Дэвиса — выход со сборной Испании в полуфинал Мировой группы в 1987 году. В составе сборной Испании он выиграл командный Кубок мира 1992 года в Дюссельдорфе, где провёл четыре игры в парном разряде.