C'est dans le recueil des chartes de l'Abbaye de Cluny que nous trouverons cité ce toponyme pour les premières fois connues dans les écrits. Entre les années 10419 et 1109; la phrase latine In pago Lugdunensi, juxta castrum quod dicitur Castellio apparaît régulièrement. La forme se trouvera aussi avec un Chasteillon relevé en 1186, puis Guigue nous livrera un Chastellon en 1244. Multiples formes toponymiques anciennes nous sont dévoilées au cours des ans et siècles, ainsi: Castellio in Dumbis en 1251, Casteilio Dombarum en 1274, Castellio supra Calaronam en 1280, Castellio de Challarona en 1299 et 1369, Chasteyllion en Dombes en 1324, Chastillon en 1553, Castillio de Dombes, patriae Bressiae en 1561, Chastellion de Dombes en 1563 ; ceci pour ne citer que quelques formes anciennes de ce nom de lieu.
Le Cartulaire de Saint-Vincent nous dévoile un intéressant Hugo de Castellione en 1023 et nous permet de connaître le prénom d'un des châtelains de Châtillon-sur-Chalaronne connu comme Châtelyon-sus-Chalarona en arpetan.
Ce toponyme ainois, directement lié au château sur la Chalaronne, est aisé à comprendre.
