En distintos puntos del edificio constan inscripciones con diversas fechas, que permiten datar la construcción de cada una de las partes de la iglesia.
En la portada, está grabada la fecha de 1547, acompañada por el nombre, parcialmente desaparecido, del maestro Miguel. El conjunto del edificio debió de estar realizándose también en esos años y concluirse en 1557, según la inscripción del púlpito: Ioan Tellet me yzo 1557. Joan Tellet construyó también en aquellas fechas la iglesia de la Asunción de Olsón y terminó la basílica de la Virgen de la Peña en Graus. La puerta de la sacristía que realizó aquí parece seguir modelos del libro Libro de Arquitectura de Sebastiano Serlio, publicado en España en 1552.
Se conserva documentación referida a una visita episcopal de 1559, cuando el templo ya estaba consagrado y en uso, según la que se ordena que «se haga un coro muy bueno». Por último, en la ventana de la sacristía consta la fecha de 1596. En este año se realizaría dicha estancia y la ampliación de la capilla norte.
Se desconoce la fecha exacta de la construcción de la torre. Diversos detalles arquitectónicos han inclinado a diversos investigadores a suponerla ligeramente anterior al resto de la iglesia.
En 2007 la iglesia se cerró al público debido a su mal estado de conservación.
Actualmente, hay un plan para su rehabilitación integral.
Presenta una arquitectura tardogótica con elementos renacentistas. Se trata de un edificio construido en piedra de cantería. Posee nave rectangular con capillas laterales, cabecera poligonal y una sacristía adosada. Posee una torre de cinco cuerpos situada a la altura del último tramos de la nave. Está construida en sillarejo y sillar.
Bien catalogado del Patrimonio Cultural Aragonés
En la década de 1880, cayó un rayo sobre la esquina noroeste de la iglesia derrumbando un tramo de los muros de la flasa y parte del tejado de losa de piedra. Para repararlo se alzaron de nuevo los paramentos laterales con mampostería de baja calidad, cegando uno de los vanos de la galería de ventilación o falsa y se cubrió la parte afectada del tejado con teja de fábrica local. En 1989, se procedió al encalado del interior del templo.
Muy deteriorado y con gran riesgo de desplome del tejado y algunos parametros exteriores.
La estructura presenta un acusado riesgo de colapsar.
2019
Se hunde parte del tejado de la iglesia de Castejón de Sobrarbe a unos días de empezar las obras. Heraldo de Aragón. 9 de septiembre
2018
La primera fase de restauración de la iglesia de Castejón de Sobrarbe costará casi 130.000 euros, Radio Huesca, 10 de mayo.
2017
Continúa el deterioro de la iglesia de la Asunción de Castejón de Sobrarbe, Heraldo, 17 de octubre.