Le saint patron de Castelpetroso est saint Martin de Tours, fêté le 11 novembre. L'église paroissiale qui lui est dédiée date de la seconde moitié du XIIIe siècle et subit des influences baroques au XVIIe siècle : elle présente un plan rectangulaire à nef unique, avec un clocher-tour, et conserve une mosaïque représentant le saint, une toile probablement du XVIIe siècle et plusieurs œuvres du maître molisan Amedeo Trivisonno.
Le village est cependant surtout connu pour la basilique-sanctuaire de Marie Très Sainte des Douleurs, dédiée à la patronne du Molise. Selon le témoignage de deux bergères nommées Serafina et Bibiana, la Vierge leur apparut pour la première fois le 22 mars 1888 à Cesa tra Santi, sur les pentes du Monte Patalecchia ; d'autres apparitions suivirent, et le phénomène fut par la suite reconnu par l'Église. Parmi les autres édifices religieux du territoire figure également l'église de la Madonna della Libera, dans le hameau d'Indiprete, qui selon la tradition locale trouve son origine dans un événement miraculeux lié à un tableau représentant la Madone.
