L'abbaye a été fondée au VIIe siècle par saint Donat, disciple de saint Colomban, à l'intérieur de la boucle du Doubs dans sa partie Est. Elle a été initialement dénommée le Palatium (le Palais) en raison des vestiges romains découverts et réemployés lors de la construction de la première église. Les moines ont adopté à l'origine la règle de saint Benoît, concurremment avec celle du fondateur, la règle de saint Colomban. Au XIe siècle, l'archevêque de Besançon Hugues Ier de Salins transforme l'abbaye en une collégiale consacrée à sainte Marie, saint Paul et saint Antide. La charte de fondation du nouveau monastère est promulguée en 1044. Les bâtiments sont restaurés au XIIe siècle (clocher et chœur), époque où les chanoines séculiers s'effacent au profit des chanoines réguliers, puis au XIVe siècle (nef). Après la révolution, l'église servira d'écurie pour l'armée puis de magasin d'habillement pour l'Intendance. Elle est de nos jours utilisée par la municipalité comme réserve lapidaire.