Di antichissima origine, Castelvecchio conserva il patrimonio archeologico che fu della antica Superaequum, una delle tre capitali dei Peligni, con le attuali Corfinio e Sulmona. Numerose sono le testimonianze archeologiche relative alle epoche peligna, romana e paleocristiana, come pavimenti musivi, resti di un tempio dedicato ad Ercole Vincitore, resti di terme, acquedotti e fortificazioni, innumerevoli reperti scultorei, monete, anfore e gioielli, oltre al pregevole cimitero catacombale del IV secolo, tra le più antiche testimonianze di religiosità cristiana in Abruzzo.
Proprio la presenza del complesso ipogeo in località Colle Moro, al confine dell'area denominata Macrano, avvalora l'ipotesi che i ritrovamenti quivi effettuati siano da ricondursi alla civitas di Superaequum.
In età longobarda il borgo assunse il nome di Onuffolo o Nuffoli per riprendere il proprio appellativo in età normanna.
La tradizione vuole che in territorio subequano si mosse san Francesco (1216) e che vi sostasse anche papa Celestino V nel 1294.
Fu feudo dei conti di Celano, poi assunto il definitivo nome di Castelvecchio (1484) fu dei Piccolomini, dei Colonna (1633), dei Baroni Pietropaoli (1712), dei Colabattista e del principe Urbano Barberini (1789).