Apesar de na Mitologia Grega existirem diversos gémeos, a constelação deste nome representa Castor e Pólux, que são também os nomes das suas estrelas mais importantes.

Castor e Pólux são dois irmãos gémeos, filhos de Leda, vulgarmente conhecidos por Dióscuros (filhos de Zeus).

Da forma como nasceram existem várias versões, mas a mais corrente refere que Leda, nas margens do rio Eurota, foi assediada por Zeus, que na altura tinha assumido a forma de um cisne. Na mesma noite Leda dormiu com o seu marido, Tíndaro, o que faz com que não haja certezas quanto ao pai dos filhos que Leda teve. Leda pôs então dois ovos, dos quais nasceram Pólux (ou Polideuces), Castor, Helena e Clitemnestra. A paternidade dos quatro irmãos não é certa, mas diz-se comummente que Castor e Clitemnestra são filhos de Tíndaro e que Pólux e Helena são filhos de Zeus. Após a sua relação com Leda, Zeus deificou-a, passando a ser a deusa Némesis. Apesar desta ser a versão mais generalizada do nascimento dos gémeos, os seus nomes derivam de outra versão da lenda, na sua forma mais antiga, na qual Némesis (a deusa-lua) perseguia Zeus (o rei sagrado) tendo-o caçado e sido fecundada quando ele era um peixe e ela um castor (daí o nome Castor), derivando o nome Polideuces (vinho dulcíssimo) do facto das caçadas se revestirem sempre de um carácter festivo.

Os irmãos passaram a sua juventude em Esparta, de que Tíndaro tinha recuperado o trono, e eram o orgulho desta cidade. Castor era famoso como guerreiro e domador de cavalos e Pólux como lutador e pugilista e a forte relação de amizade que os unia era de todos conhecida.

Ainda jovens, resgataram a sua irmã Helena que havia sido raptada por Pirítoo e Teseu. Estes, enamorados por Helena, decidiram raptá-la fazendo depois um sorteio para saber quem a desposaria. Dirigiram-se então a Esparta, e levaram a irmã dos Dióscuros, que teria cerca de 12 anos. No sorteio ganhou Teseu, que por medo da reacção de Castor e Pólux enviou a jovem para a aldeia de Afidna, onde a deixou à guarda de Afidnos, seu amigo. Alguns anos depois, Castor e Pólux conseguiram libertar a irmã, destruindo completamente Afidna. Quando regressaram a Esparta com Helena, levaram também a mãe de Teseu, Etra, bem como uma irmã de Pirítoo.

Castor e Pólux participaram também na expedição dos Argonautas. As suas características de bravos lutadores foram várias vezes colocadas em evidência, nomeadamente quando Pólux derrotou num combate Âmico, rei dos Bébrices. No decorrer de um temporal que assolou o navio Argos durante a viagem (nas costas da Propôntida) Zeus auxiliou os Argonautas, surgindo sobre a cabeça dos Dióscuros chamas azuladas e desaparecendo a tempestade (desde então que quando surgiam chamas nos mastros das embarcações - Fogo-de-Santelmo (1) - se pensava que fosse Castor e Pólux a amainar a tempestade).

Os Dióscuros fizeram parte dos caçadores que perseguiram o javali de Cálidon, e Castor, fazendo jus à fama de excelente guerreiro, ensinou Héracles a manejar as armas.

A morte de Castor e Pólux deu, tal como o nascimento, origem a muitas lendas. A mais difundida, no entanto, é aquela em que os Dióscuros raptam Febe e Hílera (suas primas em 2º grau), que eram noivas de Idas e Linceu. Estes, desejosos de vingança, perseguiram Castor e Pólux, o que despoletou um violento combate entre os dois pares de gémeos. Nesse combate, Castor foi morto e Pólux, depois de ferido, foi levado pelo seu pai, Zeus, para o céu. Mas Pólux recusou a imortalidade, porque não queria separar-se do irmão, que por ser mortal (era filho de Tíndaro) iria permanecer nos infernos. Perante esta posição, Zeus permitiu que os Dióscuros, para estarem juntos, passassem alternadamente um dia no inferno e outro no céu. É desta forma que Zeus, querendo recompensar o profundo amor fraterno entre Castor e Pólux, os coloca entre as estrelas, inseparáveis, formando a constelação dos Gémeos.

(1) O Fogo-de-Santelmo é um exemplo de descarga eléctrica de corona e resulta de uma grande diferença de potencial que se estabelece entre as nuvens (geralmente durante uma tempestade) e um objecto condutor próximo do solo. Quando se atingem determinados valores de tensão eléctrica críticos, o ar em torno do objecto condutor ioniza-se, observando-se então aquilo que se assemelha a uma chama, de cor azul-violeta. Este fenómeno ocorre principalmente no topo de mastros de navios ou na superfície de um avião. A designação de Fogo deve-se ao facto de o mastro parecer arder; por outro lado, como se observa mais frequentemente no fim das tempestades, foi-lhe atribuído o nome do Santo protector dos navegadores - Santo Elmo -, pois os marinheiros associavam o aparecimento desta "chama" à melhoria das condições meteorológicas.