Au temps des mérovingiens, il existait, à l’emplacement de l’église actuelle, une chapelle qui faisait partie intégrante du château féodal voisin. En 1220, l’évêque de Chalon-sur-Saône fait établir un prieuré de 12 moines.
L’église primitive a donc été bâtie durant le XIIème et le XIIIème siècles.
L’ensemble du bâtiment s’inspire de l’architecture cistercienne (ordre religieux de Cîteaux). Les nefs datent du XIIIème siècle et l’on peut noter dans la nef centrale, un rang de petites baies en plein cintre murées. Le sanctuaire, lui, présente trois piliers cannelés, typique de l’art Roman Bourguignon.
Les chapelles offrent chacune une spécificité, que ce soit une plaque de fondation de messe ou des statues en pierre ou bois polychrome représentant des saints.
Derrière le chœur, au milieu de l’abside primitive, on trouve deux dalles classées Monument Historique. L’une rappelle qu’en 1622, le cœur du président Jeannin (seigneur de Chagny et conseiller du Roi Henri IV) fut déposé ici avec celui de son épouse. L’autre dalle recouvre le corps de Messire Quarré d’Aligny, curé prieur de l’église de Chagny et commandeur de Bellecroix. A gauche de l’entrée, une chapelle abrite la reconstitution de la grotte de Lourdes.
Elle fut érigée en 1873 par les habitants de Chagny en témoignage de reconnaissance pour la guérison de leur curé.
En contournant l’église par la rue des Fossés, on peut admirer le magnifique clocher roman à beffroi classé Monument Historique. De forme quadrilatérale, il est orné d’élégantes colonnettes surmontées de baies ouvertes en plein cintre (en demi-cercle).
