Incantevole borgo medioevale pressoché intatto di origini etrusco-romane, Castelmuzio viene nominato nei documenti del IX sec. della Badia Amiatina di San Salvatore, con il nome di Casale Mustia. In alcuni testi custoditi presso l'Archivio di Stato di Siena risalenti al 1213, compare sotto il nome di Castel Mozzo. I suoi abitanti lo chiamano semplicemente Castello.
Come tutta la zona, appartenne ai potenti Signori Cacciaconti della Scialenga, i cui ampi domini comprendevano la fattoria della Fratta, a poca distanza da Sinalunga, giungendo fino ai pressi del Castrum di Montepulciano.
Nel 1270 Castel Mozzo passa alla Repubblica di Siena e nel 1354 il borgo diviene proprietà dell'Ospedale di Santa Maria della Scala di Siena, il cui stemma (appunto una scala) è tuttora visibile nei fregi posti ad ornamento delle facciate di alcuni poderi dei dintorni. Per qualche tempo dominato dai Salimbeni, viene acquistato dai Piccolomini che rimangono proprietari fino alla riconquista da parte di Siena. Con la sconfitta della Repubblica di Siena, Castelmuzio viene annesso dai Medici al Granducato di Toscana.