Ce château est édifié au XIIe siècle par les seigneurs de Frontenay, membres de la famille des comtes de Bourgogne. Un donjon sera construit au XIVè siècle pour protéger la route du sel qui allait à Salins le Bains.
La châtelaine, Blanche de Genève, y accueille en 1410 la future sainte Colette qui y fonde la première communauté des clarisses réformées. Pendant la guerre de dix ans qui a ravagé la Franche-Comté, le château soutient le siège de l’armée de Louis XIII. Le capitaine Flamand, qui commande la garnison, est pendu par les français – fait historique à l’origine de la légende du fantôme de Frontenay. le château a ensuite poursuivi sa longue aventure à travers la conquête de la Franche-Comté par la France, la révolution et l’époque contemporaine. Petite particularité du château, il est resté dans la même descendance depuis près 600 ans.
Ce château est en parfait état.