Nach neueren Bauuntersuchungen wird die Entstehung der Oberburg in Kastellaun auf das beginnende 13. Jahrhundert datiert. Der Name Kastellaun ist urkundlich erstmals 1226 belegt. In dieser von Graf Johann von Sponheim, dem ältesten Sohn Graf Gottfrieds, für das Stift Karden an der Mosel ausgestellten Urkunde, erscheinen die Brüder Gerhard und Hilger von Kastellaun.
Neben den bauhistorischen Untersuchungen verweisen die vorhandenen Schriftquellen und der Blick auf die politisch-strategische Entwicklung in der Region auf eine Entstehung des Burgbaus vor dem Jahr 1248.
In der ersten Hälfte des 13. Jahrhunderts waren die Grafen von Sponheim bemüht, ihre nördlich des Soonwaldes gelegenen Besitzungen gegen den Einfluss von Kurtrier und Kurmainz zu sichern. Bis zu Beginn des 14. Jahrhunderts erfüllte die Burg Kastellaun eine vorwiegend militärische Funktion. 1248 trat Heinrich von Sponheim, Herr von Heinsberg, die Burg an seinen jüngeren Bruder Simon, den Gründer der Linie Sponheim-Kreuznach (Vordere Grafschaft) ab. Simon (+1264) und sein Sohn Johann (+1290) residierten bevorzugt in Kreuznach und wurden in Pfaffen-Schwabenheim begraben.
Kastellaun diente in dieser Phase als Verhandlungsort. Der Abschluss mehrerer Verträge auf der Burg im 13. Jahrhundert ist urkundlich belegt. Erben Johanns I. waren 1290 seine Söhne Simon II. und Johann II., die gemeinsam die Regierung übernahmen. Nach der Heirat Simons II. mit Elisabeth von Valkenberg (Niederlande) und Monschau (Nebenlinie der Grafen von Kleve) kam es 1301 zur Teilung der Vorderen Grafschaft – Kastellaun wurde nun neben Kreuznach gräfliche Residenz.
Am 28. Dezember 1305 erhielt Kastellaun Stadtrechte. König Heinrich VII. verlieh der jungen Stadt am  8. November 1309 einen Wochenmarkt. Schriftliche Quellen über den Ausbau der Burg sind nur spärlich überliefert. Es ist davon auszugehen, dass die baulichen Veränderungen vom rein militärischen Nutzen zu einer Wohnburg seit Beginn des 14. Jahrhunderts in Gang kamen. Mit den repräsentativen Bauten auf der Oberburg wurde die Funktion als gräfliche Residenz auch äußerlich dargestellt.
Das Gelände der Unterburg diente der Errichtung von Wirtschaftsgebäuden und Wohnraum. Ein Merianstich dokumentiert die bauliche Entwicklung bis zum Jahr 1645. Restaurierungs- und Erhaltungsarbeiten sowie bautechnische Untersuchungen bestätigen dem Stich von Merian eine realitätsnahe Abbildung. Ein älterer Stich von Sebastian Furck aus Alterkülz in Daniel Meisners „Thesaurus Philopoliticus" stammt von 1626. Weniger verlässlich erscheint die Wiedergabe der Burg auf den Flugblättern des spanischen Generals Spinola, die im Verlauf des Dreißigjährigen Krieges (1618-1648) zu Propagandazwecken angefertigt worden waren. Stadt und Burg Kastellaun wurden im Verlauf des Pfälzischen Erbfolgekrieges im April und September 1689 zerstört.

Bergfried
Der Begriff „Bergfried“ bezeichnet seit dem 19. Jahrhundert den Turm einer Burg, mit unterschiedlichen Merkmalen: hoch, rund, dick, stumpf. Der Bergried gilt als Hauptturm der Kernburganlage, er war das höchste und mächtigste Bauwerk und galt zudem als Statussymbol. Er diente als Aussichtsturm und als letzte Zuflucht im Verteidigungsfall. Deshalb lag der Zugang zumeist einige Meter über der Sole. Die Überreste des Kastellauner Turmes beliefen sich nur noch auf wenige Steinreste im Norden der Oberburg. Hier stand er vor dem Burghof und hinter der Wehrmauer der Angriffsseite. Der äußere Turmdurchmesser beträgt nach den Untersuchungen 9,30 Meter, die Mauerstärke 3 Meter im Südteil und 3,25 auf der gegenüberliegenden Seite. Seine Höhe inklusive des Spitzhelms wird auf rund 40 Meter angenommen, ohne Bedachungen lässt er sich auf  ca. 29 Rekonstruieren. Eine grundsätzliche Sanierungsmaßnahme der Burg fand in den 1980-er und 1990-er Jahren statt. In 2006 wurde der Bau eines Besucher- und Informationszentrums auf der Unterburg bewilligt. Zuvor fanden weitere Grabungsarbeiten des Landesamtes für archäologische Denkmalpflege in Koblenz statt. Die Grabung wird im Kellergeschoss des neuen Gebäudes am Original dokumentiert.