Nell'anno 1120 Guglielmo I di San Martino acquisisce il titolo di conte di San Martino e Castelnuovo e nell'anno 1150 amplia i suoi possessi ottenendo tramite un trattato di pace con i signori di Valperga il territorio di Salto. II figlio Guala, divenuto conte di San Martino Castelnuovo, Loranzè, valle di Bairo e Salto, nel 1202 acquista il diritto della decima di Castelnuovo. Pertanto, dai pochi elementi conosciuti, si può affermare che il castello può essere datato in questo periodo.

     L'edificio fu costruito nella zona in cui erano già preesistenti i resti di una antichissima fortificazione o torre di segnalazione, di cui si individuano ancora tracce sulle fondamenta, e per questo alla nuova costruzione venne assegnato il nome bene augurante di Castelnuovo.

     Osserviamo quindi che questo castello era nuovo sì, ma nel XIII secolo. Il castello era di modeste dimensioni secondo le consuete modalità del tempo e venne fortificato per sostenere gli assalti piuttosto frequenti all'epoca e divenne sede della dinastia dei conti di San Martino.

     Non sono state rintracciate fonti storiche al riguardo di un particolare coinvolgimento o fatti d'arme nel periodo riguar­dante la rivolta dei Tuchini che coinvolse tutto l'Alto Canavese nel secolo XIV, ma è lecito supporre che come ogni altro centro di potere della nobiltà esso divenne teatro di battaglia.

     Sarà Umberto, figlio secondogenito di Pietro di San Martino e Castelnuovo, a divenire capostipite della nuova dinastia dei San Martino di Castelnuovo ricevendone investitura nel 1408 e assumendo il nome Umberto III.

     Un documento datato 1485, atto di successione di Umberto III, che contempla la spartizione del castello fra i due figli Bernardino e Gio Maria, ci è stato di grande utilità per comprendere la pianta del castello e la destinazione dei locali.

     Sappiamo ancora che nella metà del 1500 (esiste ancora un dibattito sulla esattezza della data 1537 oppure 1552) durante le lunghe guerre franco spagnole di Francesco I e di Carlo V, il castello affrancato agli spagnoli, venne posto sotto assedio dalle truppe francesi che lo occuparono, ma dopo soli 15 giorni venne nuovamente riconquistato dagli spagnoli, che riuscirono a conservarlo in loro possesso nonostante ulteriori tentativi di assedio.

     Le azioni di guerra procurarono grave danno alla struttura dell'edificio principale del castello, tali da costringere il proprietario conte Pompeo I di Castelnuovo nell'anno 1611 ad acquistare dal conte Aimone di Castellamonte un palazzo in Castellamonte e ivi trasferirsi con la famiglia poiché il castello di Castelnuovo risultava ormai poco confortevole.