Châteauneuf tient son nom d'un château neuf, bâti au douzième siècle quand la seigneurie se fortifiait. Autour de cette forteresse, le village s'est construit, et au Moyen Âge tardif, il devint un bourg prospère, protégé par ses murs et tourné vers le commerce. Les maisons qui subsistent de cette époque gardent leurs frontons et leurs tourelles d'escalier, témoins de cette vie marchande.
Le château a surtout connu son heure de gloire au quinzième siècle sous Philippe Pot. Cet homme a traversé les guerres de Bourgogne en changeant de maître avec un flair politique remarquable. D'abord élevé à la cour du duc Philippe le Bon, il arrange les mariages de Charles le Téméraire, reçoit la Toison d'Or et devient premier chambellan du duché. Quand Marie de Bourgogne hérite de son père en 1477, Pot sent le vent tourner et bascule vers le roi de France Louis XI, qui le nomme aussitôt Grand-sénéchal de Bourgogne. Il gardera ce titre sous Charles VIII. Une église du village, ancienne chapelle seigneuriale, porte encore le blason de sa grand-mère.
Trois siècles plus tard, en décembre 1870, le château devient le pivot d'une bataille oubliée. Le général Crémer y établit son quartier général pour barrer la route aux Prussiens qui se replient sur Dijon. Depuis la hauteur de Châteauneuf, il ouvre le feu sur la vallée et force Keller à retraiter. Ce jour-là, quatre cents Prussiens tombent ou sont capturés.
Le village demeure aujourd'hui classé parmi les plus beaux de France, son château toujours debout sur sa colline.