В 1998 году начал работу в органах прокуратуры в должности следователя Львовской транспортной прокуратуры.

С июня 1999 по апрель 2002 занимал должности старшего следователя, заместителя начальника следственного отдела управления надзора за соблюдением законов органами, которые проводят оперативно-розыскную деятельность, дознание и досудебное следствие прокуратуры Львовской области.

С апреля 2002 по октябрь 2005 работал в центральном аппарате Генеральной прокуратуры Украины старшим прокурором отделов экстрадиции и поручений, правовой помощи, международного сотрудничества, договорно-правового отдела международно-правового управления.

С 2004 года является консультантом Совета Европы и других международных организаций в сфере уголовной юстиции и защиты прав человека, в частности, по вопросам применения Европейской конвенции о защите прав человека и основных свобод 1950 года и практики Европейского суда по правам человека.

С октября 2005 г. по апрель 2007 г. занимался частной адвокатской практикой.

После возвращения в органы прокуратуры с апреля 2007 по декабрь 2010 возглавлял международно-правовое управление ГПУ.

В декабре 2010 года вернулся в собственную адвокатскую практику. С октября 2013 – партнер и руководитель департамента уголовного права адвокатского объединения Арцингер.

С мая 2014 года Виталий Касько назначен заместителем генерального прокурора Украины — Виктора Шокина .

С сентября 2015 г. – член исполнительного комитета Международной ассоциации прокуроров (IAP).

15 февраля 2016 года Касько на брифинге заявил, что подал Шокину рапорт об увольнении из ГПУ. По его словам, «последней каплей стало очередное перераспределение обязанностей в ГПУ». « Шокин забрал у меня все функции и инструменты. Вести и контролировать дела, в том числе и дело «бриллиантовых прокуроров», — сказал он. В тот же день Генеральная прокуратура Украины удовлетворила заявление заместителя Генерального прокурора Украины Виталия Касько об отставке».