Ce bel édifice classique (1745) symbolise, avec le palais de justice, le renouveau de Vesoul au 18e s. Remarquez, dans la chapelle du St-Sépulcre, une belle Mise au tombeau (16e s.) et la sculpture en marbre baptisée La Foi, représentant en réalité Vénus et Cupidon. À gauche du choeur recouvert de boiseries, l'imposante Assomption baroque provient du couvent des Dames de Battant, à Besançon. Admirez les belles orgues du 18e s.