El poble de Castellonroi s’emplaça a 454 m d’altitud, a l’esquerra del Reguer. L’indret fou conquerit a la darreria del segle XI pel vescomte Guerau II Ponç de Cabrera, el qual l’any 1103, conjuntament amb la seva esposa Estefania, atorgà a l’abadia de Sant Pere d’Àger, entre d’altres béns, “ipsis ecclesiis de Castellon”. Posteriorment, en la segona gran dotació de Sant Pere d’Àger que feren els esmentats vescomtes es consigna la donació de l’església de Castellionis juntament amb la torre d’Avimor i d’Avimheba que era a l’Horta (1107), donacions que foren ratificades l’any 1174 pel vescomte Ponç III Guerau. L’any 1179, en la butlla que el papa Alexandre III atorgà al monestir de Sant Pere d’Àger, li confirmà la possessió de l’església de Castellione amb totes les seves pertinences i amb els delmes de l’alou vescomtal.
L’any 1182 Mir de Castelló i la seva esposa Realeta oferiren llur fill Berenguer a l’església Castello del Bisque, a mans de l’abat Ramon d’Àger i d’altres clergues, aportant com a dot unes cases al barri de Sant Martí de Lleida, una vinya i una peça de terra; a canvi, l’abat li lliurà l’església i es reservà la cinquena part dels delmes i les primícies.
Al segle XIII sembla que la cura d’ànimes de l’església de Castellonroi fou confiada al capellà d’Ivars de Noguera, ja que l’abat Pere d’Àger concedí els rèdits i els censos d’aquests dos termes al canonge Ramon d’Ivars, l’any 1259. En la relació de la dècima papal per a Terra Santa l’any 1279, consta que la in ecclesia de Castelion aportà un total de 12 sous i 3 diners, i, més tard, el 1317, l’església Castellonroig fou taxada en 5 sous.
L’actual església parroquial de Santa Maria de Castellonroi és un edifici construït amb maons, amb una nau força elevada i un campanar de torre.