Les primeres referències d’Arraona com a terme són de final del segle X. Amb tot, l’existència del castell no queda demostrada fins a mitjan segle XI, quan el 1049 Bernat Amat dóna a Ramon Seniofred la fortalesa d’Arraona. Tot i amb això la propietat degué retornar a Bernat Amat ja que pocs anys després el mateix Bernat el tornarà a vendre de nou a Guillem Bernat i Ermengardis. Aquests l’encomanaren a Bernat Amat de Rubí, castlà també del castell de Rubí. El 1062 el mateix matrimoni el confià a Arbert Bernat. Tot just un any després tornem a trobar Guillem Bernat i Ermengardis encomanant els castells d’Arraona i de Catllús a Guillem Bernat d’Òdena, i li donen en feu les terres d’Arraona, llevat de la senyoria que ells volen conservar.
Guillem Bernat d’Òdena fou succeït per Pere Guillem. Aquest, juntament amb el seu germà, Ramon Guillem d’Òdena, empenyorà el 1101 el castell d’Arraona a Ricard Guillem per la quantitat de 40 lliures, que ells necessitaven per anar a Terra Santa. Abans, però, Pere Guillem d’Òdena féu testament en el qual deixava el castell d’Arraona al seu fill Ramon. Tanmateix, la fortalesa no fou recuperada pels Òdena i restà en poder de Ricard Guillem, el qual la vengué el 1112 al bisbe de Barcelona, bé que tot just un any després Raon, bisbe de Barcelona, transferí de nou la propietat als esposos Ricard Guillem i Ermessendis. Sembla que el comte Ramon Berenguer III prengué el castell d’Arraona a Ricard Guillem, i donà la castlania a Jofre Guillem, Ramon Gausbert i Mir Riculf. Tot i això, el sobirà retornà el castell a Ricard Guillem segons consta en un document de concòrdia fet per ambdues parts el 1113.
Ricard Guillem, mort el 1122, fou succeït pels seus fills. Però abans del 1159 Ramon Guillem d’Òdena comprà el castell. La família dels Òdena retingueren la propietat al llarg de 4 generacions. En fer testament, Ramon Guillem d’Odena deixà la fortalesa d’Arraona a la seva filla Garsenda, casada amb Guillem d’Alcarràs. EI 1205 aquesta testà i cedí el castell d’Arraona al seu marit, i en el suposat que aquest hagués mort, deixava totes les seves pertinences a Ramon Folc, i després, per línia de successió, a la seva neboda Elisenda li deixava el castell d’Arraona. Sembla que finalment el castell passà a Elisenda, i d’aquesta a Guillem Ramon de Montcada. Així els Montcada succeïren els Òdena en el domini d’aquesta fortalesa. A final del segle XII la castlania era de Bernat de Baiona, el qual fou succeït per Josbert Ferrer de Baiona i Bernat de Baiona. Al segle XIII els nous castlans foren els Maçanet. El primer fou Guillem, al qual succeí el seu fill Francesc. Aquest fou succeït per la seva filla Guillemona. Després la castlania passà a Bernat i Galceran de Rosanes.
El terme del castell d’Arraona al segle XII afrontava a llevant amb el terme de Sentmenat i Santa Maria de l’Antiga; a migdia amb Barberà i Riu-sec; a ponent amb Terrassa i a tramuntana amb Castellar. Quan es creà la vila de Sabadell, però, el terme del castell d’Arraona inclogué només les terres de l’altra banda del riu Ripoll.
Al segle XIV —1366— Roger Bernat II de Foix vengué a la reina Elionor la senyoria del castell i els seus drets sobre la vila de Sabadell. El 1370 la mateixa reina traspassà al rei Pere el castell d’Arraona i la vila de Sabadell, i a canvi el seu marit li lliurà el castell de Sant Martí Sarroca. El 1381 el rei els transferí a carta de gràcia al seu fill, l’infant Martí, i aquest mitjançant el mateix procediment jurídic ho traspassà a la ciutat de Barcelona. Bé que el 1473 la vila de Sabadell passà a mans de la corona, com consta en la donació que féu el rei Ferran a la seva muller Isabel de Castella.
La castlania passà dels Rosanes el 1599 a la família Pinós, senyors de Barberà.
Enderrocat a mitjan segle XIV, les runes del castell encara es podien contemplar al principi del segle XIX. Vers el 1950 es realitzaren unes excavacions, i es trobaren vestigis d’una petita albarrana.