Ubicado en la zona oeste del municipio es, de los cuatro pueblos que conforman el  denominado valle de las lomas (Valdelomar), el primero o más próximo según se accede desde Villanueva de la Nía por la carretera CA-273 que une dicho pueblo con Quintanilla de las Torres (Palencia). Los núcleos de población guardan en este sector occidental una historia indudablemente entrelazada con el tránsito caminero entre Valderredible y las tierras palentinas de Valdivia y Aguilar de Campoo: es bastante probable el paso de peregrinos como arteria jacobea secundaria en los siglos XI Y XII; más segura y reciente es la tradición de entrada y salida para el uso agropecuario, pastores y jornaleros en general por el Camino Real, que hoy día se corresponde en cierta medida con la pista de concentración parcelaria paralela al arroyo Mardancho.

El nombre del pueblo alude al “pequeño castillo en el valle de las lomas” y podría relacionarse con una pequeña torre fuerte, que ha sido restaurada y conserva bien su tipología exterior. Otras posibles vinculaciones del nombre con su emplazamiento original son la cresta del monte El Otero, un enclave estratégico al dominar las entradas y salidas al valle por el oeste, o bien el propio roquedo de la iglesia parroquial. El origen histórico del núcleo habría que datarlo en el periodo de repoblación, entre los S.VIII y X. En cuanto a las referencias documentales, aparece recogido ya en el S.XIV como Castriello de Valdelomar (escrituras procedentes del Monasterio de Santa María La Real de Aguilar de Campoo, libro Becerro de las Behetrías) y con su nombre actual en las Ordenanzas del Concejo Mayor de Valdelomar y Cezura, manuscritas en 1706.

En el casco urbano podemos contemplar notables ejemplos de arquitectura tradicional, dos torres fuertes que conservan nítida su tipología exterior (una de ellas blasonada y vinculada con señoríos de la Orden de Alcántara; la otra de estilo más rústico) y un mosaico de huertos bien cuidados con sus muretes de piedra. También son reseñables el potro de herrar, restaurado y ubicado en el centro del pueblo, y un bonito ejemplo de caseta de era, ubicada a unos 200m a oeste del núcleo.

Alzada sobre el promontorio de arenisca que domina el pueblo, dominando amplias vistas del bello valle de Valdelomar, encontramos la iglesia románica de Santa Leocadia (S.XIII). Posee una sola nave con ábside de planta semicircular y en origen tuvo espadaña exenta, modificada en el S.XVII para formar la torre prismática que se puede observar en la actualidad. La iglesia forma un bello conjunto con la necrópolis rupestre de época altomedieval dispuesta a sus pies.

En Valdelomar existen diversas cuevas artificiales (parcialmente labradas en la roca arenisca), algunas de las cuales fueron utilizadas como eremitorios rupestres en época altomedieval. De Santa María de Valverde, junto a la Iglesia rupestre y el Centro de Interpretación, parte la Ruta de los Eremitas I que pasa por Castrillo de Valdelomar y permite conocer algunas de estas cuevas, como Peña Horacada y Peña Castrejón.

En el entorno del actual Castrillo se conocen dos despoblados, denominados Santa Cecilia y Barrio Seco respectivamente.  La festividad local corresponde a Santa Leocadia, el 12 de septiembre.