L’actual església gòtica de Santa Maria, a llevant del castell, on domina la població, té els precedents en un temple anterior, del qual tenim notícies des del segle XII. Fou seu d’un priorat dependent de Sant Pere d’Àger i a partir del segle XVI esdevingué el cap de l’oficialat de Castelló de Farfanya, dins l’arxiprestat d’Àger. L’església de [Santa Maria de] Castelló va ser donada pel vescomte Guerau Ponç II de Cabrera i la seva muller Elvira a l’abadia d’Àger el 1108. La subjecció a Sant Pere d’Àger fou confirmada en les butlles papals dels anys 1162 i 1179. L’any 1182 Mir de Castelló prengué l’hàbit de canonge dins aquesta església, que l’abat i el capítol d’Àger li atorgaren. L’església de Santa Maria de Castelló de Farfanya és esmentada com a seu d’un priorat per primera vegada el 1258, però hom ha de creure que ja ho fou durant tot el segle XII. El prior de Castelló era nomenat pel capítol d’Àger; estava obligat a residir un cert temps a Àger i un cert temps a Castelló i a nomenar un vicari general que devia residir sempre a Castelló. En aquesta església fou enterrat l’any 1243 el comte Ermengol IX. Un altre comte d’Urgell, Ermengol X, li feu un llegat en el seu testament de 1314. La fàbrica gòtica fou construïda per manament del comte Pere d’Urgell, entre el 1340 i el 1400. El priorat de Castelló se secularitzà al segle XVI, però continuà tenint una comunitat de beneficiats encapçalats per un prior fins al segle XIX.
D’aquesta església procedeix un retaule gòtic del segle XIV, que ara es custodia a la parròquia de Sant Miquel de Castelló de Farfanya.