Castrillo de Onielo se sitúa en la unidad paisajística de los VALLES DEL
CERRATO, en el Valle del arroyo Cerrato (también llamado Maderón o Maderano), entre los núcleos de Cevico de la Torre al Oeste y Villaconancio al Este. Dentro de este valle, el núcleo ocupa un teso en alto en el espigón que el valle del Cerrato forma al unirse al valle del arroyo Chacón cuando este ya ha recibido al Valdecuriel. A lo largo del valle del Cerrato discurre la carretera que en dirección Este-Oeste
une los pueblos de Cevico Navero, Villaconancio, Castrillo de Onielo, Vertavillo y Cevico de la Torre con el Valle del Pisuerga, en Dueñas. Esta carretera bordea Castrillo de Onielo por el NW, y de ella nacen dos accesos que suben, no sin dificultad, al teso donde está el núcleo, uno desde el NE y otro desde el W. Y aproximadamente 2 kilómetros al norte nace también la carretera que lleva a Baltanás.