La première mention écrite du château de Cordiron date de 1237 : Étienne de Bourgogne, comte d’Auxonne, lègue sa forteresse de Cordiron (en latin dans le texte) à son fils cadet également prénommé Étienne. À cette époque, le château, construit sur un rocher, se situe sur la route qui relie Besançon à Dijon, à proximité de l’Ognon et de l’axe Besançon/Langres. À partir du milieu du XVIe siècle, les Gorrevod s’imposent peu à peu, et, par alliance et acquisition, ils deviennent seigneurs de Cordiron, mais aussi de Marnay et de  Cordondray. À leur extinction, les Bauffremont, leurs lointains cousins, héritent de l’ensemble de leurs biens. À la Révolution, suite à l’émigration des derniers seigneurs de Cordiron, leurs terres sont vendues comme Biens Nationaux. Exploitation agricole pendant 150 ans, le bâtiment se dégrade fortement dans la seconde moitié du XXe siècle. La restauration de l’ensemble conservé est entreprise à partir de 2001.

Le château ne présente aujourd’hui qu’une partie des bâtiments d’origine, notamment une tour jadis ouverte et un corps de logis, reliés par une courtine et son pont-levis. Une tourelle et son escalier à vis donnent accès aux étages. Une bretèche défendait l’entrée initiale, tandis qu’un escalier en chêne auparavant installé dans une cage extérieure est encore visible, intact, dans la tour. Lors des récentes campagnes de restauration,  des vitraux ont été placés aux fenêtres principales du donjon.