Jugó las Eliminatorias para la selección ecuatoriana pero fue acusado por Chile de haber nacido en Colombia y haber falsificado documentos de identidad.
Byron David Castillo Segura disputó las Eliminatorias Sudamericanas con la selección ecuatoriana y se clasificó al Mundial de Qatar 2022. Sin embargo, en el último tiempo se puso en duda su nacionalidad a raíz de una denuncia de la Federación de Fútbol de Chile a Ecuador ante la Comisión Disciplinaria de la FIFA, en la que se aseguraba que el futbolista había nacido en Colombia. El fallo desestimó el reclamo chileno y Ecuador jugará la Copa del Mundo.
El lateral derecho debutó como profesional en 2015, en el Deportivo Azogues de Ecuador. Allí dio sus primeros pasos a nivel selecciones al ser convocado para el Mundial Sub 17 que se disputó en Chile. Luego pasó por el Aucas, hasta que en 2018 llegó al Barcelona de Guayaquil, equipo en el que ya acumula más de 60 partidos y obtuvo el campeonato local en 2020.
En 2021 ganó el premio al mejor jugador ecuatoriano de la temporada y ese mismo año debutó con la Selección Mayor de la mano de Gustavo Alfaro, en la que disputó ocho partidos por las Eliminatorias rumbo al Mundial de Qatar 2022:
-Ecuador 0-0 Chile (ingresó a los 57′)
-Ecuador 2-0 Paraguay (titular)
-Uruguay 1-0 Ecuador (titular)
-Ecuador 3-0 Bolivia (titular)
-Ecuador 1-0 Venezuela (titular)
-Chile 0-2 Ecuador (titular)
-Paraguay 3-1 Ecuador (titular)
-Ecuador 1-1 Argentina (titular)
