L’église actuelle a succédé à un édifice roman préexistant. Au XIIIe siècle, la croissance de la cité a conduit à la construction d’un bâtiment plus spacieux pour répondre aux besoins de la population. D’importantes transformations ont eu lieu au XVe siècle sous l’impulsion de Quentin Ménard, archevêque de Besançon et natif du lieu. La nef a été surélevée pour accueillir des tribunes. L’église a été consacrée en 1435 par Laurent Pinon, évêque d’Auxerre. Au XVIe siècle, des chapelles latérales ont été ajoutées par de riches familles bourgeoises du village.
L’église présente une tribune centrale en pierre de style gothique flamboyant et des stalles du XVIe siècle destinées à accueillir la confrérie des Messieurs de Saint Genest, fondée par Quentin Ménard en 1459. On y trouve également une Vierge allaitante du XIIe siècle et un Ange de l’Annonciation du XVe siècle. Les reliques de Sainte Reine ont été transférées dans l’église en 1793.
L’église Saint-Genest est classée au titre des monuments historiques depuis 1840.