Des vestiges témoignent d'un bâti ancien complexe. Les plus récentes recherches archéologiques invitent à dater l'église actuelle de la fin du XIIe s. et du début du XIIIe s., en soulignent sa typicité... cistercienne. Un petit oratoire fut probablement édifié sur la tombe de saint Marcel, fondateur de la foi chrétienne en Bourgogne, à qui l'église est dédiée. Gontran, roi de Bourgogne (+ 593), petit-fils de Clovis, choisit le lieu pour sa sépulture ; il fonda un monastère et fit embellir une "magnifique" basilique. Possession des évêques puis des comtes de Chalon, l'abbaye devint à la fin du Xe siècle l'un des prieurés de l'abbaye de Cluny (fondée en 910), et conserva ce statut jusqu'à la Révolution française.

L'église, placée sous le vocable de Saint Denis a connu trois étapes de construction : - le clocher, l'abside et la travée sous clocher de style roman constituent les parties les plus anciennes, du début du XIe au début du XIIIe. - la nef, avec sa voûte en berceau brisé, est d’époque gothique. - au XIXe siècle, on décide la construction de la sacristie (1821) et l'adjonction de bas-côtés (1845-1846).