Célestin Port mentionne un Terram Castelli Penna en 987. En effet, d'après les archives de Saint-Florent, le village existe au moins dès le Xe siècle puisqu'il dépend de l'abbaye de Saint-Florent-le-Vieil : un document de l'abbé Robert (984 - 1011) au comte d'Anjou, Foulques Nerra, signale que le fief, nommé Castellum penna, a été substitué par le seigneur vassal dudit lieu, Drogon, fils de Rohon. Afin de trancher l'affaire, le comte décida que le fief appartiendrait à Drogon sa vie durant mais qu'il reviendrait dès sa mort à l'abbaye, ce qui est attesté dans un document de 1013. Le toponyme, castellum, indique l'existence d'un château, vraisemblablement construit au sommet du coteau de ce lieu, dont l'abbé Allard dans ses Notes sur Montjean indique des vestiges encore visibles à la fin du XIXe siècle, ainsi que la présence de monnaies "fort anciennes". La mention, penna, qu'on peut traduire par "rémige", serait une référence à la présence de rapaces sur le site : "le village de Châteaupanne, dans le vallon au-dessous du nid d'aigle qui lui donnait son nom [sommet du coteau]". Toutefois, la racine "penn" pourrait également signifier en patois "sommet" ou "extrémité".

La plus vieille mention de l'église de Châteaupanne, Ecclesia sancti Albini de Castro Penne, apparaît au début du XIe siècle lorsque l'abbé de Saint-Florent, Giraud de Thouars (1013-1022), donne celle-ci et ses dépendances à son filleul, Albéric II, seigneur de Montjean. Toutefois selon Célestin Port, elle pourrait remonter au VIIe siècle, époque où le culte de Saint Aubin, sancti Albini, vocable de l'église, connu un vrai essor sur le territoire lors de la première translation de ses reliques. Le VIIe siècle correspond également sans doute à la christianisation de la source de Saint-Méen à proximité. Cette église primitive aurait été détruite par les Normands lors des invasions Vikings, puis reconstruite au XIe siècle, correspondant à l'église romane encore en place. La lignée de la seigneurie du fief de Châteaupanne est assez mal connue, un certain Renaud de Châteaupanne est cité, ainsi qu'un Papin de Châteaupanne au XIIe siècle en 1109. Cependant, à partir de l'acquisition de l'église par la seigneurie de Montjean, le fief tombera en leur possession, sous la juridiction épiscopale d'Angers et exempt du territoire de Saint-Florent, au moins à partir du XIIIe siècle jusqu'à la Révolution. Quant à la seigneurie de Châteaupanne, elle semble alors disparaître les siècles suivant, absorbée par celle de Montjean. Au Moyen-Âge, un ermitage des frères mineurs de Saint-François existait à Châteaupanne, mais très peu de données subsistent dessus. Vraisemblablement incendié par le seigneur de Montjean, il fut déplacé en 1493 sur cette dite paroisse où ils y fondèrent le couvent des Cordeliers.

À la fin du XVIIe siècle, la paroisse comptait 250 habitants, avec une majorité d'agriculteurs et de chaufourniers (travaillant au Petit-Fourneau). Les exploitations agricoles cultivaient le blé ou le seigle, le lin (pas plus d'un quart de la production), et un peu de vignes.

Au XVIIIe siècle, la paroisse dépendait de l’élection et de la sénéchaussée d'Angers et, en 1788, du district de Beaupréau. La paroisse est supprimée en 1790 avant d'être rattachée à celle de Montjean, entérinée par une ordonnance épiscopale du 20 février 1809.