Le village de Ray-sur-Saône est situé dans le cours moyen de la vallée de la Saône et à proximité de la rivière. Il se signale par son château dressé sur la falaise qui domine le bourg et la Saône. La comparaison entre le cadastre napoléonien de 1831 et le cadastre actuel montre qu'il a peu changé entre ces deux dates. C'est un village-rue, orienté sud-nord. L'axe principal, bordé par quatre croix de chemin, est constitué de deux voies : la Grande Rue, qui traverse le "bas du village" depuis l'entrée (côté Vellexon) jusqu'à la place Gabrielle de Salverte, et la rue du Château, qui monte dans le "haut du village" depuis cette place jusqu'à l'entrée du château (direction Theuley). Cet axe principal est complété par des rues secondaires : la rue Sainte-Anne mène au nouveau cimetière et à la chapelle Sainte-Anne, la rue de l'Abreuvoir et la ruelle de la Saône se dirigent vers la rivière, et la quatrième rue mène au moulin puis en direction de Vanne.

Le village est issu d'une villa constituée autour de l'église paroissiale Saint-Pancrace et du cimetière, tandis que le bourg castral est mentionné au 14e siècle à l'intérieur de son enceinte fortifiée, sur le plateau. La destruction de ce bourg lors de la guerre de Dix Ans (épisode comtois de la guerre de Trente Ans) favorise le développement du village, doté depuis 1341 d'un collège de chanoines dans l'église Saint-Pancrace, accueillant foires et marchés et disposant de halles (aujourd'hui détruites, place Gabrielle de Salverte). La mairie-école de garçons y est bâtie en 1881, sur des plans de l'architecte Albert Collard, de Soing.

Le "bas du village" est constitué de prairies dévolues à l'agriculture (élevage principalement), la vigne s'étant développée notamment aux alentours de la chapelle Sainte-Anne. Lors du déplacement de la mairie et de l'école primaire de garçons à son emplacement actuel (place Gabrielle de Salverte), les conseillers municipaux soulignent que "cet emplacement serait plus convenable pour les enfants qui vivent en majorité dans le bas du village, partie la plus populeuse". A l'opposé le "haut du village" est composé de demeures datant du 18e siècle. A cette époque, certaines servaient de logis aux chanoines qui, jusqu'à la Révolution, officiaient à l'église Saint-Pancrace et à la chapelle du château. D'autres maisons, plus petites, bordent le haut de la rue du Château, dont quelques-unes sont datées (1708 par exemple au 10 rue du Château). L'église s'élève au centre d'un enclos formé de maisons (l'une datée 1666) donnant sur la place et à l'entrée de la rue du moulin. Cet enclos englobe aussi l'emplacement de l'ancien cimetière déplacé en 1912 près de la chapelle Sainte-Anne, le presbytère élevé en 1729 et le lavoir construit en 1844.

La distribution de l'eau est au 19e siècle l'un des axes structurant le village. En effet, dans la séance du conseil municipal le 8 mai 1833, les conseillers soulignent la mauvaise qualité de l'eau de la Saône, principalement au cours de trois périodes. "Lors des inondations, elle se charge d’une boue épaisse et cette eau malsaine envahit les puits du village et engendre de graves maladies. Lors des fortes gelées, elle manque aussi bien pour les hommes que pour le bétail et son extraction fait perdre un temps précieux. Enfin, lors des fortes chaleurs, la rivière est chargée d’immondices." Au cours de cette séance, il est fait mention d'un lavoir public situé près d'une source et d'une fontaine à un kilomètre du centre du village (en direction de Vanne). A cette date, l'édicule "était entièrement dégradé et [...] la couverture s’était trouvée, il y a plusieurs années, en si mauvais état qu’il avait été nécessaire de l’enlever pour en utiliser les faibles débris". Les habitants sont alors obligés de se rendre à Vanne laver leur linge ce qui entraine des conflits d’usage. C'est pourquoi, le 8 novembre 1842, les membres du conseil municipal décident de doter la commune d'un programme d'accès à l'eau potable. "Une fontaine d'une forme simple et édifiante sera construite sur la place publique [actuelle place Gabrielle de Salverte] ; elle sera entourée d'un bassin destiné à abreuver le bétail [...] Le lavoir occupera l'emplacement qu'occupait jadis le grand four ; il recevra l'excédent des eaux de l'abreuvoir [...] Une borne-fontaine sera établie dans le quartier-bas du village ; [...] ainsi qu'une auge qui servira d'abreuvoir." La commune fait appel à Charles Alexandre Ringuelet, architecte à Courtesoult, qui dresse un plan de l'ensemble des constructions. Le projet est approuvé par les conseillers municipaux le 4 janvier 1843, avec un montant de travaux s'élevant à la somme de 12 000 F. Il est réalisé par la suite.