A l'origine église Saint-Martin depuis le 6e siècle, l'histoire de l'église Sainte-Jeanne-d'Arc est longue et mouvementée.
Après avoir été détruit en 1814 lors du siège de Besançon, le quartier retrouve un lieu de culte en 1901 grâce à l'installation d'une chapelle par l'archevêque de Besançon. Mais si le quartier possède sa chapelle, le besoin pour un lieu de culte plus grand se fait assez vite ressentir et en 1930, le chantier d'une église néo-gothique dessinée par l'abbé Quinnez commence. Il est interrompu seulement trois ans plus tard alors que seul le chœur est édifié.
Le projet reprend en 1948 mais se fait selon l'esquisse de l'architecte suisse Fernand Dumas, porteur du mouvement de modernisation de l'architecture religieuse.
L'église qui siège aujourd'hui dans le quartier ouvrier de Bregille est donc un mélange d'architecture néo-gothique le long des nefs et moderne en façade et clocher.
On pénètre par un porche surélevé de quelques marches. Ce dispositif a deux conséquences : il élève l'entrée, signifiant la monumentalité du lieu et il compresse le visiteur afin de renforcer l'impression de hauteur une fois l'entrée passée.
Le clocher contribue à renforcer cette impression grâce aux redans en béton qui tendent des lignes parallèles vers le ciel et qui s'opposent à l'horizontalité du auvent et de la façade rectangulaire en pierre.