El origen del pueblo se remonta a la época de los celtas, aunque fue en la época de los romanos cuando la ciudad realmente escribe su historia bajo el nombre de Castinetum (lugar plantado con castaños). Su primera mención fue en año 912.
En la Edad Media, Châtenois estaba enclavado en un lugar estratégico, justo en la desembocadura de los valles de Ste-Marie y Villé y permitía controlar el paso hacia Lorena. Por este motivo, el pueblo se vio en la necesidad de protegerse y fortificarse. Así, Châtenois tuvo la fortificación (1200-1250) más grande de Alsacia que incluía, además de la iglesia y el cementerio, toda una serie de viviendas.
En 1298, el pueblo fue incendiado por los habitantes de Sélestat porque los habitantes del pueblo perdieron el control del río Muhlbach.
Alrededor de 1400, la evolución de los acontecimientos llevó al obispo propietario de Châtenois a construir un segundo recinto fortificado. La estructura medieval contaba con un doble foso y una doble muralla (es visible a día de hoy).
Châtenois escapó de la destrucción en 1525 durante la guerra campesina, a pesar de la masacre por parte del duque de Lorena de varios miles de campesinos cerca de la villa.
La época más negra llegó en 1632, cuando los suecos invadieron Alsacia. Los habitantes intentaron resistirse y lograron matar a tres de sus soldados. En represalia, el pueblo es saqueado y todos los portadores de armas son fusilados. A pesar del juramento de fidelidad de los habitantes de Châtenois a la corona de Suecia, los soldados masacraron a hombres, mujeres y niños. Los que logran escapar no estuvieron mejor, morían por enfermedad o por hambre. En 1649 y tras el fin de la invasión sueca, el pueblo perdió el 80% de su población, el 70% de las casas y su castillo.
En el siglo XVIII, Châtenois experimentó una fuerte expansión demográfica que obligó a la reconstrucción de la iglesia. Así, en 1761, se completa la actual iglesia en honor a San Jorge. De la antigua iglesia, solo se conserva la característica torre del campanario.
Para acabar, el 4 de agosto de 1879, se desató un violento incendio que destruyó 120 casas en el lado oeste del eje principal, una cuarta parte de las casas. La villa perdió parte de sus edificios históricos.