Con relación al origen etimológico de la palabra Castillonroy, recogemos la versión fundamentada en la tradición oral y escrita y en sus fuentes de datos más o menos aproximados a la verdad. Ésta tiene su fuerza histórica y etimológica fundamentada en uno de los viejos pergaminos conservados en la Corona de Aragón, y allí se nombra a Castellon-roy, que significa castillo rojo, significado que tiene su origen en la configuración geográfica de su término municipal. Además, esta acepción ha sido la que con más pureza ha conservado la tradición del pueblo. Apareciendo, pues, en el escudo de armas de Castillonroy y en campo de gules los tres castillos.
Aunque los primeros documentos en que se habla de Castillonroy nos remontan al siglo XI, existen yacimientos neolíticos, iberos y romanos, que sitúan los primeros asentamientos humanos en este lugar hacia el II milenio aC, como demuestran las piezas de cerámica y sílex encontradas en la partida del Colomé y las pinturas rupestres descubiertas en el Pas de la Sabineta. Durante los trabajos de explanación del pantano de Santa Ana aparecieron materiales cerámicos y moldes de hachas que se calculan de la edad del bronce (1800-1100 aC).
De la I Edad del Hierro se han encontrado en la cova de les Guaries un conjunto de ollas y fragmentos de otras piezas realizadas a mano, que supone el uso de la cueva como asentamiento estable. En el mismo lugar han aparecido fragmentos de cerámicas íberas correspondientes a un momento de ocupación posterior.
Los íberos ya vivían en poblados, casi siempre en lugares altos y de difícil acceso para dominar la mayor extensión posible y defenderse mejor, tal como se constata en el yacimiento de Monderes, donde hay un extenso asentamiento íbero datado entre los siglos II y I aC. En este yacimiento se han encontrado piezas de bronce entre las que figuraban agujas, brazaletes, dos hachas, dos espadas y fragmentos de otras piezas, así como restos de fundición, que hacen del depósito de Monderes uno de los más importantes del nordeste peninsular.
Otra de las partidas o términos municipales poblados con grupo de casas fué Les Solanes, pues no otra cosa significan las sepulturas encontradas y una moneda romana del emperador Tiberio Claudio (41-54 dC).
Pero como lo mayor absorbe lo menor, poco a poco se fueron agrupando a la sombra del castillo, ya que las guerras intestinas, los salteadores y demás circunstancias de aquel entonces hubieron de obligar a sus moradores a colocarse por instinto de conservación bajo la protección del señor del castillo.
El 975 este castillo se convirtió en el escenario de una revuelta, cuando un grupo de desertores musulmanes se rebelan contra el Caíd de Lérida. Los rebeldes inducen a la población, de mayoría mozárabe, a romper el pacto con el Caíd y se niegan a pagar el tributo. El Caíd de Lérida, Rasig, asedia el castillo el año 975 obligando a la población a rendirse.
Los musulmanes dominaron Castillonroy desde el siglo VIII hasta su reconquista el 1091 por el Conde de Urgel. En un primer momento hizo donación de Castillonroy a la Catedral de San Vicente de Roda, pero el 1104 rectifica y lo dona a la Abadía de San Pedro de Ager. Más tarde fue incorporado al Señorío de Castro; este último título revirtió el 1624 a los Marqueses de Aitona, y el 1739 al Duque de Medinaceli.
En la guerra con Francia y Cataluña (1635-1659) y con el castillo de Monzón ocupado por el enemigo, las tropas del mariscal La Motte asaltaron Castillonroy dos veces, el 27 de septiembre de 1641 y el 6 de junio de 1642, robando, incendiando las casas y dejándolo totalmente arrasado, quedando deshabitado por todo el tiempo que el enemigo tuvo la ciudad de Monzón.
Durante la guerra de Sucesión, las tropas de Felipe V saquean la población el 1706.
El siglo XIX despierta con la guerra de la Independencia, y en junio de 1808 algunos jóvenes de Castillonroy lucharán como voluntarios en el segundo sitio de Zaragoza con la 6ª Compañía del II tercio de Barbastro. El año 1809, la población será ocupada por los franceses, que estarán hasta el 12 de febrero de 1810.
El 1838 el distrito municipal de Castillonroy fue incluido a la demarcación judicial de Tamarite de Litera. Hasta el 1874 la iglesia de Castillonroy perteneció al prior de Ager. Tras las desamortizaciones del siglo XIX pasa al obispado de Lérida.
Durante las guerras carlistas, el 20 de agosto de 1874 entraron un grupo de 10 hombres armados, pidiendo raciones y un año de contribución y llevándose a los individuos del ayuntamiento, dos contribuyentes, una señora y un sacerdote. Al toque del somatén se armó el pueblo en persecución de los citados carlistas, dando por resultado su dispersión y rescate de todas las personas secuestradas. En 1875 los carlistas visitaron el lugar dos veces: la primera facción catalana de 100 caballos, tiraron puertas y cometieron otros excesos, pero nada pudo llevarse; la segunda se llevaron los facciosos bastante avena y 8 mulas, exigiendo también 1.000 duros que el pueblo se negó a pagar. El 17 de junio del mismo año de 1875 el brigadier Delatre emprendió la marcha sobre Castillonroy, luchando contra la facción carlista de Castells.
La población sufrió las consecuencias por la Guerra Civil que surgió con la rebelión militar del 18 de julio de 1936. Castillonroy quedó en manos del bando de la República desde el estallido de la guerra hasta el mes de abril de 1938. Durante el conflicto no se produjeron movimientos de tropas enfrentadas, pero sí de piquetes y gente de los dos bandos para realizar la depuración política de los afectos al bando enemigo o de represalias en el caso contrario.