Proche du palais des Ducs et des États de Bourgogne, l’église Notre-Dame est considérée comme un chef-d’œuvre du gothique.
Elle aurait été construite entre 1220 et 1250, succédant à une chapelle attestée au milieu du Xe siècle, Notre-Dame-du-marché.
La tour surmontée d’une haute flèche qu’on aperçoit de loin résulte d’une restauration du XIXe siècle qui modifia radicalement l’apparence du clocher antérieur.
La tour d’origine était en effet séparée de l’intérieur par une voûte ; on en fit une tour-lanterne pour éclairer le transept. Et on la surmonta d’une flèche d’ardoise beaucoup plus haute que l’ancien clocher, cantonnée de clochetons à toiture conique.
La façade de l’église est unique en son genre : en forme d’écran, sa partie supérieure ne révèle aucunement l’architecture intérieure de l’édifice, contrairement à l’habitude.
Au-dessus du porche, la façade est constituée de deux rangées d’arcatures, chacune soutenue par une série de colonnettes. L’ensemble est souligné par trois bandeaux qui accueillent chacun des fausses gargouilles séparées par des métopes sculptés de motifs végétaux. Toutes les fausses gargouilles d’origine ont été rasées et remplacées par des réalisations du XIXe siècle.
Tout en haut de la façade occidentale s’élève un petit jacquemart, associé à une horloge. Ils ont été mis en place en 1383.
Enserrée entre d’autres monuments, l’église est étroite et, malgré ses trois nefs, quasiment dépourvue de chapelles latérales.