Die erste Kirche von Poligny, Notre-Dame Mouthier-le-Vieillard, wurde ab dem 9. Jahrhundert an der Stelle einer alten Kapelle errichtet. Ihr Bau wurde im 11. Jahrhundert abgeschlossen. Um diese Kirche herum entstand die erste Siedlung von Poligny, bevor die Stadt an den Fuß des Grimont-Hügels verlegt wurde. Die Kirche, die ab dem 13. Jahrhundert außerhalb der geschützten Stadt lag, wurde in verschiedenen Zeiträumen stark zerstört. Dennoch sind einige alte Elemente erhalten geblieben, insbesondere der Glockenturm aus dem 12. Jahrhundert und sein Schieferdach.
Die Kirche beherbergt außerdem mehrere Skulpturen, Altarbilder und Gemälde, die als historische Monumente klassifiziert oder eingetragen sind. Mehrere Stücke wurden an das Metropolitan Museum of Art in New York verkauft. Ursprünglich bestand die Kirche aus drei Schiffen und mehreren Kapellen. Erhalten geblieben sind die Vierung und zwei Joche des Chors.
Das Gebäude kann in den Monaten Juli und August sowie anlässlich der Europäischen Tage des Kulturerbes besichtigt werden.