En 1582 la municipalité, qui a décidé d’augmenter l’hôtel de ville d’un second corps de bâtiment pour y établir son tribunal et sa chapelle, en confie la construction à Hugues Sambin qui y met toute la polychromie et le répertoire ornemental de la Renaissance. Le parlement de Franche-Comté, transféré ici après la conquête française par Louis XIV, fait exécuter d’importants travaux de 1734 à 1745, en particulier la grande salle des audiences solennelles.
Le palais est remodelé à la fin du XIXe, c’est à cette époque que fut percée la rue Hugues Sambin qui isole le Palais de Justice de l’hôtel de ville. En 1902, le peintre Gervais réalise le beau plafond de la salle des audiences solennelles et Emile Isenbart maroufle sur les murs du vestibule un ensemble de toiles représentant des paysages du Doubs. On trouve dans ces murs l’ombre du héros du Rouge et le Noir, Julien Sorel, dont Stendhal a placé ici le procès.
Répertorié aux Monuments Historiques.