Aquesta església fou una capella castellera dependent de la parroquial de Fontllonga, i, a través d’aquesta, del priorat de Santa Maria de Meià.
El fet poc corrent de tenir la mateixa advocació la capella del castell i l’església parroquial de la població pot crear confusió, però possiblement la parròquia fou sempre la de la població i l’església del castell fou una simple capella. Segurament que l’església de Sant Miquel del castell, com la parroquial, formà part de la dotació del monestir de Santa Maria de Meià, que es degué realitzar abans de l’any 1040, ja que en una relació de parròquies donades al monestir l’any 1095 per un nét del fundador, Ermengol, fill de Guitard Guillem de Meià, hi figuren les de Fontllonga. De manera semblant, es fa constar en un capbreu atribuït a l’any 1137, en el qual figura que el monestir tenia les esglésies del terme del castell de Fontllonga. També tornen a aparèixer juntes l’any 1205 quan Bertran, prior de Santa Maria de Meià, concordà amb Arnau, clergue, que aquest tingués les esglésies de Fontllonga pel temps de la seva vida. Com que en l’antic terme del castell de Fontllonga no hi havia cap més església que les dues dedicades a sant Miquel, totes aquestes referències, a més de la parròquia, també corresponen a la de Sant Miquel del castell. Cal suposar que a mitjan segle XVII, quan escrivia Roig i Jalpí, l’església encara tenia culte, ja que només diu que el monestir tenia l’església de: “San Miguel Archangel, en el castillo [de Fontllonga]”.
No se sap quan deixà de tenir culte i avui dia es fa difícil discernir quines de les restes del castell podrien correspondre a l’església de Sant Miquel.