C'est avec Jean de Chalon l'Antique que commence l'histoire documentée de ce bourg, dont le nom trouve sa première mention dans un texte de 1261.
A cette date, pouvait déjà exister la chapelle qui est devenue le bas-côté gauche actuel, initialement charpentée sur arcs diaphragmes.
A cette époque ele n'était qu'une annexe de l'unique paroisse de Mièges.

L'évènement décisif est la fondation par Jean III de Chalon-Arlay, en 1411, d'un chapitre de chanoines, auquel sera bientôt uni le prieuré de Mièges.
Par cette union, renversant toute la hiérarchie antérieure, le chapitre devient curé primitif de tout le Val.
En octobre 1412, marché est passé pour la construction du choeur entre le prince et Durand Raon, maçon de Clermont. Cette influence auvergnate expliquerait les proportions larges du vaisseau.
En 1450, une transaction entre chanoines et habitants touchant la charpente commencée, montre l'avancement de l'oeuvre.
En 1462, la chapelle seigneuriale vient flanquer le choeur au nord. c'est l'époque où Louis de Chalon rebâtit avec une splendeur inouïe le château de Nozeroy.
Le 3 mai 1488, l'église est consacrée par Henri Potin, évêque auxiliaire de Besançon.

Deux gravures du XVIème siècle dessinent la ville vue de l'ouest puis de l'orient. La collégiale y est surmontée d'un haut clocher central à flèche pyramidale, en bois vraissemblablement, et la tour forte qui y est accolée émerge par son toit conique.

Une catastrophe survient le 15 juillet 1815, avec l'incendie qui détruit 94 maisons et le clocher, deux ans plutard ce dernier s'effondrera suite à cet incendie.
La façade est refaite en 1830, et les collatéraux prolongés à son alignement, selon un plan de l'architecte polinois Dufour.
En 1841, la toiture est encore en partie de bardeaux, c'est en 1853 qu'est abandonné le projet d'achever clocher.

Eglises Jurassiennes romanes et gothiques - Denis RALIOT et Louis CETRE