Il comune di Perugia nel 1258 fa un censimento e Bagnaia, che a quel tempo era solo una piccola comunità, viene citata come villa Camanius Bagnarie. Quattro anni dopo (1268) venne menzionata come villa del contado di Porta Susanna. Verso la fine del XII secolo venne eretta la fortificazione e visto che non ci sono documenti che attestino un aiuto del comune, fu la comunità a dare le risorse per la sua costruzione.
Per difendere l’abitato fu costruita una cinta muraria intorno alla metà del ‘300; Bagnaia era ormai diventata Castrum. Fuori dalle mura vi era un fossato e per accedere al catello si poteva passare dall’unica via d’accesso tramite un ponte di legno retraibile. La cinta muraria ha la forma di un quadrato e agli angoli vi erano le quattro torri.
Nel 1365 a Bagnaia ci fu un’altra battaglia tra perugini ed inglesi. Il condottiero Anichino prese Bagnaia quindi i perugini accorsero per combattere e vinsero.
Agli inizi del ‘400 il castello venne assediato da Braccio Fortebraccio da Montone.