Le mobilier de l'église de Rougemont est constitué d'objets dont la réalisation va du 15e au 20e siècle. La présence sur place de familles nobles explique sans doute que l'ancienne chapelle castrale, devenue église paroissiale vers 1460, soit la dépositaire d'objets mobiliers de qualité protégés au titre des Monuments historiques : deux statues de Vierge à l'Enfant (l'une autrefois placée à l'extérieur de l'édifice au centre du fronton de l'ancien chevet, l'autre située à l'entrée de l'église) et une croix de procession (réputée être un don de l'archevêque de Besançon Thiébaud de Rougemont) du 15e siècle, une statue de saint Antoine du début du siècle suivant. De cette période date également la statue de saint Pierre provenant de la chapelle Saint-Hilaire. Le décor du choeur, exécuté aux 19e et 20e siècles, est particulièrement soigné. En 1843, le conseil municipal vote une somme de 3 500 francs pour répondre à "la nécessité d'orner l'église neuve de ce bourg". Le 20 février 1843, l'architecte Clerc, de Baume-les-Dames, présente un second devis, de 500 F, pour "Décors et ameublement du choeur". Les travaux consistent en une "boiserie" en chêne avec chapiteaux ioniques dorés et "la calotte du choeur [...] peinte à l'huile et [imitant] un ciel chargé de nuages". Pour exécuter les quatre tableaux des Évangélistes insérés dans la "boiserie", l'architecte fait appel au peintre bisontin Claude-Lucien Blondeau (1822-1864). Lors des travaux de l'architecte Burcey, en 1901-1902, un cinquième tableau est ajouté, la Sainte Famille, de même sans doute que les symboles des Évangélistes placés à l'aplomb des pilastres. Un décor néo-renaissance orne désormais la voûte, composé de gracieuses arabesques et d'anges soufflant dans des trompettes. Ce décor est remplacé à l'issue de la deuxième Guerre mondiale, sur l'initiative de l'abbé Louis Gauthier qui fait appel à un jeune artiste parisien, Jacques Dumeyniou (1915-2011), pour exécuter une peinture monumentale dédiée au Sacré-Coeur. Le prêtre figuré à droite est l'abbé Emile Descourvières, ordonné prêtre en 1945 et nommé vicaire à Rougemont auprès de Gauthier (il sera nommé en 1952 à la cure de Jonvelle). Le maître-autel a été dessiné en 1902 par l'architecte Burcey, qui a commandé au sculpteur Jules-Aimé Grosjean (1872-1906) un Christ gisant. Ce maître-autel a été démantelé dans la décennie 1960, à la suite des prescriptions de Vatican II, et il n'en subsiste que le gisant et deux anges, déplacés dans l'ancienne chapelle Saint-Georges. Les fenêtres sont munies de verrières qui se répartissent en deux ensembles attribuables à des ateliers bisontins : l'atelier Beyer (Veuve J. Beyer, actif de 1876 à 1895, puis son fils et successeur François Joseph Beyer, actif de 1895 à 1906) et au milieu du 20e siècle celui du peintre-verrier Eugène Boudin.