Οι σωστικές ανασκαφές της ΚΓ΄ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, υπό τη διεύθυνση του κ. Γεωργίου Ρεθεμιωτάκη, έφεραν στο φως ίχνη κατοίκησης, τα πρωϊμότερα των οποίων ανάγονται στη νεολιθική περίοδο.

Οι αρχαιότεροι κάτοικοι του Καστελλίου φαίνεται ότι εγκαταστάθηκαν στην περιοχή της σημερινής κεντρικής πλατείας Μεϊντάνι. Εκεί, έχουν εντοπιστεί κινητά ευρήματα χρονολογούμενα στα νεολιθικά χρόνια, αρχιτεκτονικά λείψανα και αντικείμενα της ΠρωτοΜινωϊκής Ι-ΙΙ (3500-2110 π.Χ. περίπου) και της ΜεσοΜινωϊκής Ι -ΙΙ περιόδου (2100 π.Χ.-1800 π.Χ. περίπου).

Ύστερα από καταστροφική πυρκαγιά, στο πέρας της ΜεσοΜινωϊκής/Παλαιοανακτορικής (1700 π.Χ περ.) περιόδου και την έναρξη των Νεοανακτορικών χρόνων, ο οικισμός μεταφέρθηκε στο ανατολικό τμήμα του σημερινού Καστελλίου. Τμήμα αυτού του οικισμού έχει εντοπιστεί στο οικόπεδο Καμπιτάκη, στη θέση «Πετράς», όπου αποκαλύφθηκε εκτός των οικιών και ιερό, με έντονο αγροτικό-ποιμενικό χαρακτήρα.

Ο Νεοανακτορικός οικισμός του Καστελλίου είχε αναπτυχθεί γύρω από ένα κεντρικό διώροφο κτίριο μνημειακών διαστάσεων και επιμελημένης κατασκευής, τα αρχιτεκτονικά λείψανα του οποίου είναι και σήμερα ορατά στην πλατεία του Αγίου Γεωργίου. Το κεντρικό κτίριο, του οποίου εντοπίστηκε τουλάχιστον μια φάση ανοικοδόμησης, είχε οκτώ δωμάτια. Ένα από αυτά φαίνεται ότι χρησιμοποιήθηκε ως σκευοφυλάκιο. Μια αίθουσα με πολύθυρο, ευρισκόμενη στο εσωτερικό του οικοδομήματος, χρησίμευε ως χώρος θρησκευτικών δραστηριοτήτων. Ένας ευρύς δρόμος, που ανασκάφηκε κατά μήκος της νότιας πρόσοψης του κτιρίου και εφαπτόμενος με αυτήν, συνέδεε το διώροφο οικοδόμημα με το ανατολικό τμήμα του οικισμού. Η αποκάλυψη εξέδρας κατά μήκος του δρόμου, νότια και νοτιοανατολικά του κεντρικού κτιρίου, καταδεικνύει σύμφωνα με τον ανασκαφέα Γ. Ρεθεμιωτάκη τον πομπικό χαρακτήρα της οδού και παραπέμπει σε χαρακτηριστικό των μινωικών ανακτόρων χώρο κοινωνικών εκδηλώσεων. Η οπτική επαφή που είχε η νότια πλευρά του κεντρικού κτιρίου με το ιερό κορυφής του λόφου Κεφάλας Λιλιανού ενισχύει την παραπάνω ερμηνεία.

Το κεντρικό κτίριο του Καστελλίου βρισκόταν σε λειτουργία μέχρι και την ΥΜΙΒ περίοδο (1500-1460 π.Χ. περίπου), οπότε και καταστράφηκε. Κατά την ΥΜΙΙΙ (1460-1050 π.Χ. περίπου) περίοδο, οπότε και ο οικισμός φαίνεται ότι βρέθηκε στη σφαίρα επιρροής της Κνωσού, νέες οικίες, σύγχρονες με εκείνες που ανασκάφηκαν στο οικόπεδο της ενορίας Καστελλίου, κατασκευάστηκαν γύρω του. Ο χώρος του κεντρικού κτιρίου διατηρήθηκε ως ερειπιώνας μέχρι τα ελληνιστικά χρόνια, ίσως εξαιτίας του σεβασμού ή της δεισιδαιμονίας των νεώτερων κατοίκων που απέφυγαν να το ανοικοδομήσουν.

Ο ελληνιστικός οικισμός του Καστελλίου φαίνεται ότι καταστράφηκε γύρω στο 220 π.Χ., ίσως μετά από την επιδρομή των Κνωσίων, που κατέστρεψαν ολοσχερώς την ίδια περίοδο τη γειτονική Λύκτο. Στο Καστέλλι έχουν ανασκαφεί, τέλος, λείψανα από τη βυζαντινή και την ενετική φάση του οικισμού. Τμήμα της βυζαντινής- ενετικής οχύρωσης καθώς και λείψανα του ενετικού πύργου, εντοπίστηκαν στην πλατεία του Αγίου Γεωργίου.