En 1292, Jean de Chalon Auxerre Ier fit bâtir un hôpital, appelé hôpital Notre-Dame, près de la porte de l'Or;me, au coin de la place au Vin et de la rue du Commerce.
Pour son entretien et son fonctionnement, il donnait «les deniers à Dieu» perçus à Arinthod et à Orgelet, les jours de foire et tous les revenus que lui percevait la ville pour l'abandon qu'il lui avait fait des bois de Crance. Il permit aussi de prendre dans ses forêts tout le bois de chauffage nécessaire. Quelque dix ans plus tard, ce même prince en confia l'administration au maître de l'hôpital du Saint-Esprit de Besançon.

Ce bâtiment construit en pierre de taille de belle apparence, fut pendant plus de deux siècles le refuge des malades. Il fut ruiné une première fois en 1595 par les troupes du maréchal Biron, lieutenant de Henri IV. Rétabli aux frais des bourgeois, il disparaîtra au cours des incendies de 1637 et de 1674, provoqués par les troupes françaises.

L'hôpital faisait défaut mais la ville, criblée de dettes et ayant du mal à se relever des destructions des guerres, n'a pas les moyens de le rebatir.
C'est en 1716 que M. de Grammont-Chatillon, chevalier de Malte, donna une somme d'argent pour construire un nouvel hôpital. A ce premier don s'en ajoutèrent d'autres et, en 1720, l'intendant de la Province autorise sa construction, hors de la ville, en Gevin, à son emplacement actuel.

En 1719 Jean François de Marnix, un religieux de Saint-Claude qui sera un grand bienfaiteur d'Orgelet, intervient. Il écrit à l'échevin Varod qu'il veut bien "contribuer à l'établissement d'un hôpital". Il demande d'abord qu'un terrain convenable soit acheté. Ce terrain est aussitôt trouvé : une ancienne tannerie avec des dépendances et un jardin. Jean Génolti, envoyé à Saint-Amour, rapporte le plan de l'hôpital de cette ville. L'intendant autorise la construction en 1721. Des entrepreneurs sont sollicités dont Philibert Maréchal de Saint-Claude. Le 18 avril 1721 la première pierre est posée devant le conseil et le clergé venus en procession. Au dessous, le maire Guillaume Tissot met un écu de 7 livres 10 sols. Le bâtiment étant achevé monsieur de Marnix en fait donation à la ville en 1724.

Les premiers malades ou accidentés sont soignés par les demoiselles Putod, puis en 1730 Monsieur de Marnix envoie deux religieuses hospitalières de Saint-Claude. D'autres suivront et en 1789 l'établissement aura quatre hospitalières et deux servantes. L'hôpital devient royal en 1754. Des dons importants de l'abbé Morel, de l'abbé Champagne, permettent des agrandissements : aile droite puis aile gauche en 1770. Deux grandes salles, celle des hommes et celle des femmes sont séparées par la chapelle, des chambres sont à la disposition d'hôtes payants. Ce n'est qu'en 1793 que le serrurier Jean Baptiste Pélier vient placer la grille d'entrée. Malades et blessés sont accueillis et soignés par les religieuses de Sainte Marthe qui sont compétentes, un médecin payé par la ville fait des visites régulières.

Jusqu'en 1944, avec une exception pendant la Révolution, des religieuses seront les gardes-malades. En 1944, l'hôpital ferme ses portes, les vieillards sont transférés à Lons-le-Saunier et le bâtiment est réquisitionné pour les enfants de la région parisienne.
En 1947, il rouvrira, mais l'appellation hôpital sera rejeté par le préfet et il deviendra uniquement une maison d'accueil pour les personnes âgées. Et puis, dans l'hiver 1982-83, se ferma définitivement cet établissement hospitalier.

Le bâtiment a été vendu au milieu des années 1980 et transformé en boîte de nuit. En 2020, la commune d'Orgelet a fait valoir son droit de préemption et a effectué le portage foncier par l'établissement public foncier du Doubs qui a acquis le bâtiment, le gére puis le rétrocédera à la commune au moment opportun, lorsque celle-ci sera prête à réaliser son projet.