Σωστικές ανασκαφές σε διάφορα σημεία του Καστελλίου, έχουν φέρει στο φως τμήματα ενός διευρυμένου μινωικού οικισμού, πάνω στον οποίο έχει οικοδομηθεί η σύγχρονη Κωμόπολη. Η έκτασή του υπολογίζεται σε 100 στρέμματα και καταλαμβάνει το χαμηλό λόφο του Καστελλίου και τις πλαγιές του.
Η πρώτη ένδειξη κατοίκησης στη θέση χρονολογείται από τη νεολιθική περίοδο, πράγμα που επιβεβαιώνουν η κεραμική και λίθινα εργαλεία. Ωστόσο, τα αρχαιότερα αρχιτεκτονικά λείψανα που εντοπίστηκαν χρονολογούνται πολύ αργότερα στην παλαιοανακτορική περίοδο (2000 – 1800π.Χ.), κατά την οποία το Καστέλλι γνώρισε μεγάλη ακμή, όπως μαρτυρεί και ομάδα αξιόλογων αγγείων που βρέθηκαν σε λαξευμένη στο βράχο κρύπτη στο χώρο του γυμνασίου. Το τέλος αυτής της εποχής σηματοδοτείται από πυρκαγιά που κατέστρεψε τον οικισμό, όπως συνέβη σε όλη την κεντρική Κρήτη. Από αυτή την αρχαία φάση του Καστελλίου, ορατό σήμερα είναι μόνο ένα τμήμα, το οποίο βρίσκεται σε κοντινή απόσταση βόρεια του κοιμητηριακού ναού, Αγίου Γεωργίου, στο βορειοανατολικό τμήμα του Καστελλίου.
Στην αρχή της νεοανακτορικής περιόδου (1700 – 1650π.Χ.), ισοπεδώθηκαν τα αρχαιότερα κτίρια για την οικοδόμηση νεότερων. Στην κορυφή του λόφου ανεγέρθηκε ένα εντυπωσιακό οικοδόμημα επιμελημένης κατασκευής, πιθανόν με λατρευτική χρήση, το οποίο συνδεόταν άμεσα με το ανατολικό τμήμα του οικισμού, μέσω μιας ευρείας οδού. Στο τέλος της περιόδου αυτής (1520π.Χ.), διαπιστώνεται η πλήρης καταστροφή και εγκατάλειψη του οικισμού. Αργότερα κατά τη Μετανακτορική περίοδο (1420 -1050π.Χ), κατοικήθηκε μόνο ένα μέρος του, στο τέλος της οποίας εγκαταλείφθηκε κι αυτό.
Η καταστροφή των τελευταίων μινωικών κτιρίων του Καστελλίου έγινε κατά την επανακατοίκηση του χώρου στα ελληνιστικά χρόνια και κυρίως κατά την Υστεροβυζαντινή και την Ενετική περίοδο, με την ανέγερση οχυρωματικών κτηρίων και άλλων οικοδομημάτων.