L'existence d'une paroisse à Port-sur-Saône pourrait dater du 5e siècle : en effet, le vocable Saint-Étienne (considéré comme le premier martyr de la chrétienté) tend à prouver cette ancienneté. La présence d'une église est probablement antérieure à celle bâtie en l'honneur de Saint-Valère.

En 1023, l'église est donnée aux religieux du prieuré de Cluny par l'archevêque de Besançon. L'édifice avait un double usage : paroissiale pour les villageois et lieu de culte pour les offices des moines de Cluny.