Aquesta església és la parròquia de Castillo de Sos. Va ésser reconstruïda de bell nou en 1665-70, per la qual cosa no conserva actualment traces de l’antic edifici medieval. Segons un instrument qüestionable, a la primeria del segle XI el comte Isarn de Ribagorça concedí al monestir d’Orema un capmàs a Castillo de Sos, prop de Sant Sebastià. Es tractaria de la primera referència de l’església. D’altra banda, l’existència de l’església resta documentada indirectament vers el 1030, quan els senyors Apó Galí i Sanga compraren una vinya al Cap de la Vila que confrontava amb la del prevere Joan; en el capbreu dels delmes de Castillo del 1068 també figuren els preveres Guillem i Oriol. Un Galí, prevere de Castillo, actuava d’escrivent a Roda l’any 1076. Aporta molts més detalls un diploma del 1071 en què la senyora Adolina donà a Sant Vicenç i al bisbe Salomó de Roda la meitat de quatre cases que tenia a la vila de Castillo, al comtat de Ribagorça. Una d’aquestes cases afrontava a llevant amb el camí, a migdia i al nord amb l’església de Sant Sebastià o amb el seu pòrtic, i a ponent amb la casa de Guimar, prevere, o dels seus hereus. El 1571 la parròquia de Castillo de Sos fou integrada al bisbat de Barbastre.