Une première fontaine ("Fontaine Napoléon") est créée sur la place du Collège en 1807. Le bassin est alors constitué d'un sarcophage en pierre trouvé place de la République. C'est vraisemblablement encore cette fontaine qui figure sur le plan du cadastre ancien dit napoléonien (1827). Elle se situe au nord de la Porte Saint-Nicolas ou Porte de la Corvée (détruite en 1772) et donc à l'extérieur du tracé de l'ancienne enceinte de la ville. L'édification d'une nouvelle fontaine est votée par le conseil municipal en 1861. Le monument est inauguré en 1863. La statue de Neptune correspond à un modèle bien connu du sculpteur Vital Gabriel Dubray dit Vital-Dubray. La fonte a été commercialisée par la fonderie Ducel dans le troisième quart du 19e siècle. La planche 208 du catalogue de l'entreprise présente la statue (modèle n° 8387) associée à un bassin de plan octogonal (modèle n° 10069). C'est précisément la configuration qui est retenue pour la fontaine de Luxeuil. L'aménagement s'inscrit dans le développement du quartier thermal à l'emplacement de l'ancien faubourg de la Corvée (actuelle rue Carnot). La fontaine est supprimée lors d'un réaménagement de la place du Collège (actuelle place du Général de Gaulle) et d'un alignement de la rue Henri Guy en 1939.