Pozzuolo è ubicato nel territorio collinare circa 3 km a N.O. di Serrungarina, a 325 m di quota.
Il suo nome deriva forse dalla presenza di una piccola sorgente di acqua sulfurea.

Nel 1112 Pasquale II enumera, fra i possessi dell'abbazia di S. Lorenzo in Campo, "curtem sive castrum quod vocatur Petiolo" (Pozzuolo).
Nel 1283 faceva parte dei "castelli al di qua del Metauro" soggetti alla città di Fano.

Il paese conserva intatto il suo aspetto di piccolo borgo medievale raccolto vicino alla sua chiesa dedicata a S. Paterniano (XVII secolo) patrono del paese.
Lungo la strada che conduce a Pozzuolo, 700 m prima dell'abitato, si trova la Chiesa della Madonna della Pertica, con all'interno l'immagine omonima portata in processione la seconda domenica di ottobre.
Dopo la generale emigrazione di abitanti verso i centri di fondovalle, da qualche tempo è cominciata anche a Pozzuolo la fase di recupero degli edifici privati e di restauro della cinta muraria.