Au cœur de la ville de Montbéliard, le château se dresse sur un éperon rocheux qui domine le confluent de la Lizaine et de l’Allan. Constitué de deux grosses tours rondes (1424 et 1590) et d’un corps principal reconstruit en 1751, le château est pendant quatre siècles, de 1397 à 1793, la résidence des ducs de Wurtemberg. Ces derniers marquent le Pays de Montbéliard d’une indépendance d’esprit et d’une liberté qui va se conforter au XVIe siècle avec la réforme luthérienne.
En 1960, le château devient un musée regroupant des collections archéologiques, d’histoire naturelle et de beaux-arts. Depuis 1970, le musée développe également une collection d’art contemporain, avec notamment, des œuvres du peintre Jean Messagier. De nombreuses expositions temporaires liées aux différents départements du musée complètent la découverte de ce site.
Les collections historiques du château sont constituées de meubles, pièces d’orfèvrerie, tableaux, armes et objets du XVe siècle à la fin du XVIIIe siècle. Parmi les pièces les plus remarquables figurent le bassin de la Tempérance, l’aiguière et le bassin de Mars de l’orfèvre montbéliardais François Briot (vers 1585) et le buffet dressoir de Jérémie Carlin (1600). Quelques portraits, meubles et souvenirs illustrent l’enfance à Montbéliard et à Étupes de Sophie-Dorothée, duchesse de Wurtemberg (1759 – 1828), épouse de Paul Ier (Tsar de Russie) sous le nom de Maria Féodorovna.
Une galerie est spécialement consacrée aux artistes locaux, rassemblant peintures et sculptures de la fin du XIXe et début XXe siècle : de Paul-Élie Dubois, Jules-Émile Zingg, Charles Weisser, Georges Bretegnier, Pierre Jouffroy et Armand Bloch.
La collection regroupe près d’un millier d’œuvres constitué d’estampes, de peintures, sculptures depuis le milieu du XXe siècle jusqu’à aujourd’hui. Elle s’articule autour des années 1970-1990 et plus particulièrement autour de la figure locale de Jean Messagier (1920-1999). Un panorama d’une centaine d’œuvres (peintures, gravures, sculptures…) éclaire le parcours de ce pilier de l’abstraction lyrique, mouvement qui s’est développé à Paris dès 1947, autour de A. Manessier, P. Soulages, J. Bazaine, Tal Coat, H. Hartung... L’abstraction géométrique illustrée par des œuvres de François Morellet, Véra Molnar, César Domela en constitue un contrepoint. Un regard est également porté sur les artistes et la technique s’appuyant sur la présence incontournable des usines Peugeot et Japy.
Georges Cuvier (Montbéliard 1769 – Paris 1832), père de la paléontologie scientifique, élève l’anatomie comparée au rang de science et met en lumière une classification du règne animal, qui est à l’origine de celle que nous utilisons aujourd’hui.
La paléontologie est illustrée par des collections régionales : Le reptile marin de Noirefontaine (-180 millions d’années), les fossiles de vertébrés de l’aven de Romain la Roche (-150 000 ans) dont un squelette de Rhinocéros laineux, les fossiles de végétaux de Ronchamp (-300 millions d’années), les poissons de Froidefontaine (-35 millions d’années) et les ours des cavernes de Gondenans-les-Moulins (-50 000 ans) dont un squelette d’un bébé de moins de 10 jours. Les collections zoologiques et botaniques se constituent dès 1843. Mammifères, oiseaux, insectes et planches d’herbiers de la région, en constituent le fond sans cesse enrichi.
Les collections archéologiques du musée proviennent principalement de sites régionaux. Zone de passage obligée entre les régions occidentale, méridionale et l’espace rhénan, la région de Montbéliard a de tout temps fixé les populations, qui ont su profiter de ses attraits et de ses ressources naturelles. Le Mésolithique s’articule autour d’abris-sous-roche et de campements de plein air servant de halte de chasse et de pêche, ainsi qu’une présentation de galets gravés et peints issus de Rochedane. Le Néolithique voit l’apparition d’habitats fortifiés et la naissance de l’agriculture comme le montrent les sites de Gonvillars et de Gondenans-les-Montby. L’Âge du bronze marque une modification profonde de l’économie et des structures sociales par l’utilisation du bronze (objet de relations commerciales) comme l’attestent les découvertes du Mont Julien à Pont-de- Roide vers 900 av. J.-C. La sépulture d’un guerrier à Mathay (vers 200 av. J.-C.), illustre l’Âge du Fer.
Concernant l’époque gallo-romaine, les riches collections (statuaire religieuse, nombreux objets de la vie quotidienne …), retracent l’évolution de la vaste agglomération de Mandeure durant plus de 400 ans. Le Haut Moyen-Âge est illustré par les nécropoles mérovingiennes de Blussangeaux et de Bart-Courcelles.