L'origine de la chapelle Saint-Hilaire est ancien : des fouilles archéologiques effectuées dans le cimetière en 1987 ont révélé les ruines d'un ou plusieurs bâtiments de l'époque gallo-romaine, probablement une grande villa qui fut sans doute, dès le 4e siècle, pourvue d'un oratoire christianisé. Bien que la tradition orale proclame cette ancienneté (attribuant notamment sa fondation à saint Martin), l'époque de construction de la chapelle dans son état actuel est incertaine. Dans son devis, en date du 27 septembre 1869, l'architecte Alfred Ducat note que "les dispositions primitives de l'édifice ont subi des modifications à une époque très reculée : d'anciennes fenêtres en plein-cintre ont été murées et remplacées par les ouvertures qui éclairent aujourd'hui la nef [...] Un mauvais plafond couvre intérieurement tout l'espace [...]". Constatant son mauvais état et sa petitesse ("65 mètres pour une population de 212 habitants que rassemblent les communes de Chazelot et Montferney auxquelles elle sert de paroisse"), il propose de la consolider et de l'agrandir par deux chapelles latérales. Dans le même temps, il prévoit de retirer le plafond et de le remplacer par des fausses voûtes en plâtre sur lattes et cintres en bois et de "régulariser" les fenêtres. Les travaux sont adjugés à l'entrepreneur Jean Respinger, de Rougemont. D'autres artisans du lieu ou des environs sont sollicités : le peintre T. Tranchand, de Cubry, pour divers travaux de peinture (table de communion, chaire à prêcher...) ; l'entreprise Guilloz, route de Tressandans, fournit les tuiles. Le conseil de fabrique, dont les ressources proviennent de la location des chaises et des quêtes, ne peut assumer la charge des travaux d'un montant de 9 433 francs. Il décide de demander une aide aux communes co-paroissiales et, parallèlement, le curé organise une quête auprès des paroissiens dont certains ont promis "de faire les chariots nécessaires pour le transport des matériaux". Il effectue aussi une demande auprès du ministère des Cultes mais, du fait de la guerre avec la Prusse, l'aide est différée pour être finalement attribuée le 9 mai 1872. Cette allocation de 5 000 francs permet de réaliser la première partie des travaux. La seconde aboutit grâce au produit des souscriptions recueillies et aux fonds personnels de l'abbé Jeanningros, nouveau desservant de la paroisse. Le clocher est reconstruit en 1895 par l'entreprise Pégeot, de Rougemont, toujours suivant les plans de Ducat.