Schutzpatron von Castelpetroso ist der heilige Martin von Tours, gefeiert am 11. November. Die ihm geweihte Pfarrkirche stammt aus der zweiten Hälfte des 13. Jahrhunderts und erhielt im 17. Jahrhundert barocke Einflüsse: Sie besitzt einen rechteckigen einschiffigen Grundriss mit turmartigem Glockenturm und bewahrt ein Mosaik des Heiligen, ein wahrscheinlich aus dem 17. Jahrhundert stammendes Gemälde sowie mehrere Werke des molisanischen Meisters Amedeo Trivisonno.
Der Ort ist jedoch vor allem für die Basilika-Wallfahrtskirche Maria Santissima Addolorata bekannt, die der Schutzpatronin von Molise geweiht ist. Nach dem Zeugnis zweier Hirtinnen namens Serafina und Bibiana erschien ihnen die Jungfrau erstmals am 22. März 1888 in der Ortslage Cesa tra Santi, an den Hängen des Monte Patalecchia; weitere Erscheinungen folgten, und das Phänomen wurde später von der Kirche anerkannt. Zu den weiteren Sakralbauten des Gebiets gehört auch die Kirche Madonna della Libera im Weiler Indiprete, die der lokalen Überlieferung zufolge auf ein wundersames Ereignis im Zusammenhang mit einem Marienbild zurückgeht.
