De nombreux vestiges gallo-romains ont été découverts sur le territoire de l'actuelle commune de Castelnau-Barbarens (Lapart et Petit, 1993).

Depuis le milieu du Moyen Age et jusqu'au début du 19e siècle, plusieurs communautés indépendantes ont coexisté sur ce territoire. Ce sont celles de Grenadette, Pépieux et Saint-Guiraud. Toutes dépendent à la fin du Moyen Age de la châtellenie de Castelnau-Barbarens, l'une des quatre châtellenies du comté d'Astarac. L'histoire de ces différentes communautés est intimement liée depuis le Moyen Age et plus encore depuis leur regroupement en 1822 pour donner naissance à la commune de Castelnau-Barbarens. En 1294 par exemple, le comte d'Astarac souhaita fonder à Pépieux une bastide mais les consuls de Castelnau-Barbarens s'y opposèrent car cette fondation aurait pu entraîner la désertion du castelnau (Cursente, 2001).

Le château de Saint-Guiraud conserve quelques éléments médiévaux visibles depuis la voie publique. Il semble avoir été remanié à l'époque moderne. L'église de ce hameau n'a pu être observée, il s'agirait d'après la bibliographie d'une église médiévale remaniée au 18e siècle.

L'église de Pépieux date pour partie du Moyen Age. Elle a été remaniée vers 1754, notamment le clocher-mur. La demeure située à proximité de l'église conserve des éléments visibles d'un bâtiment médiéval (appareil à assise régulière de certains murs et porte à arc brisé).

Le village de Castelnau-Barbarens présente un certain nombre de vestiges bâtis attribuables au Moyen Age. Il a fait l'objet d'une étude partielle dans le cadre de l'inventaire thématique sur les transformations des agglomérations en Gascogne gersoise à la fin du Moyen Age.