Η Υπάτη οχυρώθηκε για πρώτη φορά στους ελληνιστικούς χρόνους. Τμήματα αυτής της οχύρωσης έχουν ανευρεθεί σε πολλά σημεία γύρω από το Κάστρο και τον σύγχρονο οικισμό. Η οχύρωση ανανεώθηκε την παλαιοχριστιανική εποχή, από τον αυτοκράτορα Ιουστινιανό (527-565 μ.Χ.). Το 869 η Υπάτη αναφέρεται σε εκκλησιαστική σύνοδο για πρώτη φορά με το όνομα Νέα Πάτρα μαζί με τη Λαμία, που ονομάστηκε τότε Ζητούνι. Το 1204 καταλήφθηκε από τους Φράγκους σταυροφόρους και το 1218 πέρασε στην κυριαρχία των βυζαντινών δεσποτών της Ηπείρου. Το 1267 κληροδοτήθηκε στον Ιωάννη Άγγελο Δούκα Κομνηνό τον Νόθο, ο οποίος οχύρωσε εκ νέου το Κάστρο και κατέστησε την Υπάτη έδρα του κρατιδίου της Μεγάλης Βλαχίας, που εκτεινόταν μέχρι τη δυτική Μακεδονία.
Το Κάστρο της Yπάτης δέχτηκε το 1275 την επίθεση του Ιωάννη Παλαιολόγου, βυζαντινού στρατηγού, επικεφαλής 30.000 ανδρών. Η ισχυρή οχύρωσή του εμπόδισε την κατάληψή του με έφοδο. Ο Ιωάννης απέδρασε και κάλεσε σε βοήθεια τον Φράγκο δούκα των Αθηνών, ο οποίος έφτασε στις Νέες Πάτρες, επικεφαλής ιπποτών και διέλυσε την πολιορκία. Το Κάστρο παρέμεινε στην κυριαρχία των απογόνων του Ιωάννη μέχρι το 1318, οπότε πέρασε στα χέρια των Καταλανών, που σχημάτισαν το δουκάτο των Αθηνών και των Νέων Πατρών. Το 1393 καταλήφθηκε από τους Τούρκους, που είχαν επικεφαλής το Σουλτάνο Βαγιαζήτ. Την περίοδο της οθωμανικής κυριαρχίας ονομαζόταν Πατρατζίκι (μικρή Πάτρα) και αποτελούσε έδρα ιδιαίτερης επαρχίας.
Αρκετά απομεινάρια του πανίσχυρου αυτού κάστρου, οχυρωμένου δυνατά και από τη φύση, σώζονται σήμερα. Χαρακτηριστικό είναι το ερείπιο ενός στρογγυλού πύργου, η χρονολόγηση του οποίου αμφισβητείται – είναι άγνωστο δηλαδή - εάν το κατασκεύασαν Έλληνες, Φράγκοι ή Καταλανοί.
Ο ναός της Αγίας Σοφίας κτίστηκε στη θέση παλαιότερου ναού, ο οποίος ανάγεται πιθανότατα στην παλαιοχριστιανική περίοδο. Αρχιτεκτονικά μέλη παλαιοχριστιανικών, βυζαντινών και μεταβυζαντινών χρόνων έχουν εντοιχιστεί στις όψεις του, ενώ στη νότια πλευρά του έχουν βρεθεί λείψανα βαπτιστηρίου του 5ου αιώνα.