Le château fort de Montfaucon est construit au sommet d'un éperon rocheux au XI siècle par le premier seigneur de Montfaucon au début de la féodalité : Béraud de Montfaucon, vassal du comte Renaud I de Bourgogne et du puissant archevêque de Besançon et prince du Saint-Empire romain germanique Hugues I de Salins.
Au XIII siècle, un bourg fortifié est fondé à côté du château, et doté d'une église paroissiale en 1311.
La famille des seigneurs de Montfaucon est alors une des familles de seigneurs les plus puissantes du comté de Bourgogne et du comté de Montbéliard durant tout le Moyen Âge et entre dans la composition de la lignée des comtes de Montbéliard dès le XII siècle avec Amédée II de Montfaucon.
En 1477, le château est un des rares châteaux du Comté de Bourgogne à ne pas être détruit par l'armée du roi Louis XI après la mort du duc de Bourgogne Charles le Téméraire et la tentative d'annexion militaire par le roi de France de l'État bourguignon (dont fait partie le Comté de Bourgogne).
Il est transmis au XV siècle en héritage à la famille des Chalon-Arlay-Prince d'Orange et restera en leur possession jusqu'à la Révolution française.
Le château est abandonné définitivement après la guerre de 10 ans (1634-1644) menée par Richelieu (cardinal et premier ministre de Louis XIII) pour tenter de reconquérir le Comté de Bourgogne aux Habsbourg d'Espagne.
En 1984, la commune de Montfaucon achète les ruines du château et entreprend depuis un important et long chantier de restauration pour le tourisme.
