Au cours du 3e quart du 18e siècle, le cardinal de Choiseul avait fait construire une machine hydraulique, actionnée par des chevaux, derrière la fontaine pour faire monter l’eau au château. En 1785, il existait en effet à cet endroit un édifice à trois bassins à ciel ouvert équipé d'un égayoir ; l'eau s'écoulait à l'époque sous la Grande Rue.

En 1824, les notables de la ville souhaitent un monument digne de la ville en plein essor.

Ils s’adressent alors à l’architecte Mielle de Gray, toutefois, son projet déplait au préfet ("mauvais goût et pas convenable pour la localité") qui impose Ridoux, son protégé. Ce dernier propose la construction d'une fontaine à l'emplacement de la source, d'un abreuvoir et d'un lavoir au nord, sur la place des Écuries. Des travaux sont réalisés par C. J. Valet en 1826 pour un peu plus de 14 000 francs. Malheureusement, Ridoux se révèle incapable de « dompter » la source.

En 1829, l’architecte-ingénieur bisontin César Convert est donc chargé de maitriser la source (construction d'un canal pour l'épuiser) ; deux ans plus tard, il propose un projet de fontaine avec Alphonse Delacroix. Suivant une composition pyramidale, l'édifice comprenait un réservoir de plan rectangulaire, surmonté d'un château d'eau en forme de temple dorique contre lequel s'appuyaient trois bassins concentriques en cascade. Les travaux sont adjugés en 1834 à Charles Viey de Gy pour un peu plus de 15 000 francs.

Dans les années 1860-1870, l’architecte Girod de Pontarlier transforme le monument et lui donne son aspect actuel. Les trois bassins sont supprimés et remplacés par un seul. Au centre, est élevé un socle en pierre de taille destiné à recevoir une statue ou un groupe sculpté. Les travaux s'élèvent à 8800 francs.

La distribution en eau des habitants du bourg (partie haute de la ville) reste problématique et, en 1897, un aménagement permet d’acheminer l’eau de la source de la Morthe vers des bornes fontaines et vers des propriétés privées. La réception de ces travaux réalisés par l’entreprise Delune de Grenoble a lieu en 1900.

A l'image de l’hôtel de ville, édifié par les mêmes architectes (Convers et Delacroix), cette fontaine de type urbain est construite pour afficher la prospérité de la commune à cette époque. Son architecture est en effet quelque peu monumentale, elle est construite au bord d'un axe principal, la Grande Rue, et participe par là même à la mise en scène de l'espace urbain.

La fontaine a été restaurée en 1990 par l'entreprise Pateu et Robert.