Arcus (mot latin), origine du mot ARC-LES-GRAY attribué sans doute par les habitants de Gray, désigne ainsi le village séparé de sa cité par un pont. La cité est mentionnée pour la première fois en 1144 dans la chronique de Bèze (Côte d'Or).

Passant par la seigneurie de Gray au fief d'Autrey, elle devint possession de la famille Vergy. Détruite par les guerres en 1477 puis par la conquête française en 1674, Arc dut lutter constamment pour conserver son autonomie face à sa rivale, Gray se montrant jalouse du commerce de vin et de grain dont bénéficiait Arc.

L'Eglise du 18ème dépend de la paroisse du doyenné de Gray puis successivement du diocèse de Langres, de Dijon et enfin de Besançon après le concordat de 1802.