La primera cita documental que es coneix de l’església de Castellestaó és tardana, data del 1314, amb motiu de la visita que per delegació de l’arquebisbe de Tarragona es feu a les parròquies de l’ardiaconat de Tremp, entre les quals consta l’església de Castellastohel.
Tanmateix, hem de pensar que la parròquia de Sant Pere de Castellestaó (Castell d’Estaó) devia formar part de “ipsas parrochias de valle Stacione” esmentades en l’acta de consagració de la Seu d’Urgell. Castellestaó hauria estat el centre de la valle Stacione (vall d’Estaon), d’on hauria pres el nom —o a la inversa—.
L’any 1904 Sant Pere de Castellestaó fou segregada de la parròquia d’Antist i unida a la d’Oveix. Actualment depèn de la parròquia de la Pobleta de Bellvei.