Nel Medioevo il ruolo della val d'Orcia nella viabilità regionale, già notevole nell'antichità, si accrebbe per merito della via Francigena, che attraversava longitudinalmente la valle, incrociando gli antichi tracciati viari.
La presenza della principale arteria per il traffico continentale dell'età di mezzo funse da catalizzatore per la vita economica e sociale, stimolando la crescita delle forze produttive. Da qui derivò l'incremento demografico e lo sviluppo urbano di taluni centri abitati, in primo luogo quelli situati lungo la strada il cui percorso si svolgeva pressappoco parallelamente ai confini occidentali dell'attuale territorio comunale di Pienza. Notevole fu anche la diffusione degli "spedali" (peraltro ancora attestata dalla stessa toponomastica, con località quali Spedaletto e Spedalone), non soltanto lungo la via Francigena, ma anche nei centri posti nelle vicinanze della strada. Così, ad esempio, a Monticchiello, secondo i "Decimari" del XIII e XIV secolo, troviamo tre spedali: il cosiddetto "Hospitale Alamannorum" (ossia dell'Ordine teutonico), lo "Hospitale Sancti Johannis de Monticchiello" e lo "Hospitale Misericordie de Monticchiello.

Tra i numerosi castelli che punteggiavano il territorio pientino emergono alcune località il cui sviluppo è legato allo stretto rapporto che tali centri ebbero con la viabilità. Non a caso, infatti, i principali insediamenti fortificati della zona (Corsignano, Monticchiello, Castelluccio) si trovano tutti lungo l'antica direttrice viaria proveniente da Chiusi che incrociava la Francigena.

Monticchiello fu compreso nell'elenco dei castelli e delle corti cedute nel 973 dall'aldobrandesco Lamberto, figlio di Ildebrando marchese, a un prete Ropprando. Certamente non corrisponde a Monticchiello il luogo Monticlu o Munticlo, nominato in documenti amiatini degli anni 775-860, e che va riferito alla località Montecchio a nord di Montelaterone. Sino al '200 la storia di questo importante castello, sede della chiesa battesimale di S. Leonardo (alla quale fu unita la più antica pieve di S. Maria allo Spino), rimane quasi del tutto ignota. Si sa che nel 1156 il conte Paltonieri di Forteguerra ne fece donazione a papa Adriano IV, il quale lo retrocesse poi al conte in beneficio; in seguito sembra che il castello fosse ceduto dalla Sede Apostolica all'Ordine dei Cavalieri Teutonici, mentre il dominio effettivo veniva esercitato da un'aristocrazia locale di Lombardi. Già verso il 1175, tuttavia, si esercitava su Monticchiello l'influenza politica del Comune di Siena. L'inserimento nel contado di Siena si era certo compiuto nel 1208, come indicano una clausola dell'accordo di pace stipulato tra Senesi e Fiorentini e la circostanza che a Monticchiello venisse imposto un tributo (assai elevato) per il finanziamento del debito pubblico senese.

La sovranità senese su Monticchiello si consolidò con la guerra del 1229-1235, soprattutto per la comune ostilità contro Montepulciano: nel giugno del 1233 i consoli di Monticchiello giurarono al podestà di Siena capitoli di alleanza, impegnandosi tra l'altro a non far risiedere nel castello « nessuna donna e nessun fanciullo dei nemici, in ispecie le mogli e i figli dei Montepulcianesi che ruggirono quando quel castello fu espugnato e distrutto »; nel corso della guerra Monticchiello fu devastato dagli Orvietani, e nelle trattative di pace del 1235 i Senesi chiesero un risarcimento. Per tutto il corso del '200 le autorità senesi sarebbero poi intervenute per regolare le ricorrenti vertenze di confine tra le circoscrizioni comunali di Monticchiello e di Montepulciano. Monticchiello era, con Montefollonico, un caposaldo dell'organizzazione militare senese sul confine orientale del contado: dal 1250 datano le deliberazioni cittadine per il rifacimento delle mura e la costruzione del cassero, nel 1265 Monticchiello fu designato quale castello di frontiera.

Il circuito murario, conservatosi solo in parte, si presenta nei tratti superstiti intervallato da torri di varia foggia, due delle quali fiancheggiano l'unica porta di accesso rimasta, con arco sestiacuto. Del Cassero rimane soltanto un'alta torre con base a scarpa, coronata da un ballatoio su mensoloni, parzialmente rovinato. L'abitato si caratterizza per una notevole unità d'ambiente, conferita da un patrimonio edilizio che, accanto a pittoresche casette, presenta diversi edifici con resti di strutture medioevali (tratti di mura a filaretto, archivolti sestiacuti in laterizio, ghiere in cotto stampato con motivi ornamentali).
La principale emergenza architettonica è rappresentata dalla Chiesa dei Santi Leonardo e Cristoforo, che a partire dal XIII secolo si sostituì all'antica Pieve di Santa Maria allo Spino, ancora esistente poco fuori del paese.