L'écart du Petit Fourneau faisait partie de l'ancienne paroisse de Châteaupanne avant qu'elle ne soit rattachée à la commune de Montjean à la Révolution. Il s'est sûrement développé consécutivement à la construction du premier four à chaux de Châteaupanne à cet emplacement, d'où le toponyme du lieu-dit. En effet, la profession de "fournelier" apparaît deux fois au cours du quatrième quart du XVIIe siècle dans les registres de cette paroisse (en date du 4 novembre 1687 et du 13 mai 1690). Ces mêmes registres mentionnent le 15 août 1702, le "fourneau à chaux dudit lieu...", puis indiquent, le 2 mai 1730, qu'à l'occasion d'un baptême a été parrain, Maurice Blouin, "demeurant au fourneau, aussi de cette paroisse [...]". Ce "fourneau" cité correspond vraisemblablement au toponyme "le Fourneau" figuré sur la carte de Cassini (cf. dossier de pré-inventaire numérisé via lien web) et peut être identifié, avec certitude, comme l'actuel écart du Petit Fourneau. À cette époque, le four à chaux apparaît dans les registres sous le nom de "fourneau de Châteaupanne". Sans doute le toponyme de "Petit Fourneau" apparaît lors de la construction plus à l'ouest des fours à chaux de Châteaupanne, à partir du milieu du XVIIIe siècle, afin de distinguer les deux sites. L'exploitation du "Petit Fourneau" connut plusieurs propriétaires au XVIIIe siècle : le fourneau appartenait à René puis Maurice Blouin en 1710 et 1730, à Jean puis Michel Lucas vers 1746, à Marie Grégoire (veuve Jacques Charron) en 1753, et à veuve Trottier en 1788. Au XIXe siècle, une dizaine de bâtiments apparaissent sur le plan cadastral de 1827, dont peut-être cinq ou six logis. Certains bâtiments sont datés de la limite du XVIIe siècle et du XVIIIe siècle. Le bâti est remanié au XXe siècle.