A lo largo de toda la vega del río Serrano los romanos construyeron casas de labor, muy parecidas a los cortijos de Andalucía, cuyos terratenientes romanos empleaban a sus esclavos en la explotación de las fincas. De esta manera se formó el Gran Duratón, que se componía de las casas o cortijos creados en las márgenes de los ríos Serrano y Duratón y que actualmente forman las localidades de Sotos de Sepúlveda, Castillejo de Mesleón, El Olmo y Duratón.

Los primeros documentos que demuestran la existencia del municipio lo sitúan en el siglo xi, aunque la primera mención a su nombre se da en el siglo XIII: 'Castillejo', que alude a alguna fortificación de la que no se ha conservado ningún resto. No obstante, el actual municipio no se componía solo de este pueblo, sino que es fruto de la segregación de otras localidades. La primera aldea de la que se tiene referencia es Aldea de Esteban Ibáñez (Aldibáñez o San Juan de Aldibáñez), situada 1 km al oeste descendiendo el curso del río Serrano, que data del siglo VI. Unos 1500 m al este, remontando el curso del mismo río, existió la aldea de Santa Inés. La desaparición de estos, probablemente por despoblaciones hacia el núcleo más poblado, provocó un progresivo aumento de su población desde el siglo XV.

Finalmente existió otro municipio (hoy anejo de Castillejo de Mesleón) llamado Soto de Sepúlveda, a unos 2000 m, también remontando el río Serrano, hacia el este. Fue agregado a Castillejo sobre 1850 cuando contaba una población de 82 habitantes.