Les plus anciennes structures d’habitat fouillées dans le méandre du Doubs (Saint-Paul) datent du premier âge du Fer (Hallstatt ancien) et se présentent sous la forme d’une petite construction de plan circulaire, d’un foyer, d’empierrements et de fosses. Lors de la phase suivante, un bâtiment, toujours en bois, est édifié non plus sur poteaux porteurs mais fondé sur des poutres sablières.  

Dans l’oppidum gaulois (sites de l’Îlot Paris), l’habitat est caractérisé par la présence de fosses, de silos et de caves en pierres sèches. De plan quadrangulaire, les habitations sont constituées de matériaux périssables ; des poteaux plantés ou reposant sur une poutre sablière enchâssée dans le sol forment leur ossature en bois. Les murs sont montés en torchis sur clayonnage bois. Les besoins en argile pour les constructions expliquent la profusion des fosses creusées durant cette période.

Les techniques de construction évoluent lentement après la conquête romaine. Les maisons, en torchis à La Tène finale, sont plutôt faites en briques d’adobe sous Auguste. De plan carré ou rectangulaire, elles mesurent de 30 à 50 m² ; certaines sont agrémentées de caves, maçonnées pour les plus luxueuses avec enduit « romain ». Si quelques indices d’emploi des techniques romaines apparaissent alors (mortier protégeant les cloisons), le tournant se fait essentiellement à partir de l’époque tibérienne (14-37).  

À partir de l’an 15, on passe, plus ou moins rapidement selon les quartiers, à des constructions en dur permettant d’augmenter la superficie et la hauteur des bâtiments. Les maçonneries remplacent en totalité ou en partie les élévations en terre et bois, les sols en béton ou en mosaïques succèdent aux sols en terre battue et les tuiles sont utilisées sur les toitures. Les peintures murales se démocratisent et suivent la mode romaine. L’habitat couvre progressivement l’ensemble de la boucle, hormis l’actuel quartier de Chamars, marécageux et insalubre, séparé de la ville par un chenal.  

De riches résidences semblent apparaître dès le milieu du I^er siècle (parking de la Mairie, n° 13), mais la plupart sont édifiées, entre 69 et 96, durant la période flavienne (sites du Palais de Justice et du Collège Lumière) et surtout au II^e siècle, période de plus grande stabilité. La grande domus aux mosaïques fouillée sur le site du Collège Lumière, construite dans la seconde moitié du II^e siècle sur une domus déjà luxueuse du début du même siècle, appartenait vraisemblablement à une personnalité dont la charge, le pouvoir et la richesse étaient parmi les plus importants de la ville. Les dimensions restituées de la propriété (6 000 m² dont 3 000 à 3 500 m² de surface bâtie), les techniques de construction issues de modèles romains et la décoration des nombreux espaces de réception attestent l’incontestable puissance politique et/ou commerciale de son propriétaire. À l’échelle de la ville, cette maison semi-publique reflète l’intégration au monde romain de tout le pays à travers son élite.

Comme pour la plupart des villes de France, l’habitat médiéval bisontin est essentiellement construit en bois. Rue de Vignier a été retrouvée une maison des XIII^e-XIV^e siècles, détruite par incendie. Elle comportait une cave, une maçonnerie centrale élevée en pierre sèche tandis que les murs extérieurs étaient constitués de pans de bois et torchis.  

Les maisons de pierres, qui apparaissent rarement dans la documentation écrite aux XI^e et XII^e siècles, semblent se multiplier à partir du XV^e siècle. Une étude archéologique du bâti actuellement en cours (ZAC Pasteur), depuis avril 2011, met néanmoins en évidence le potentiel du patrimoine architectural de la ville. La quasi intégralité de la façade d’une maison du XIII^e siècle est conservée dans un hôtel particulier de la fin du XVII^e siècle et du XVIII^e siècle. Elle est englobée dans la nouvelle construction ; son mur pignon est orienté sur la rue et quelques traces d’un décor peint sont préservées à l’intérieur.  

Les bâtiments en bois sont interdits à partir de 1588, suite aux nombreux incendies qui ont dévasté des quartiers entiers de la ville. Si quelques caves médiévales seulement ont fait l’objet de fouilles (sites du LEP Condé, de l’Hospice de Bellevaux, place Bacchus, du Palais Granvelle, du 4, rue de la Convention et de la Rue de Vignier), d’autres sont encore accessibles sous le bâti actuel du centre-ville, souvent reconstruit durant la période moderne sur la cave de la période antérieure.