Le village de Chenecey-Buillon est situé en rive droite de la Loue. En aval du village se trouve un important captage d'eau de cette rivière qui alimente le réseau d'eau potable de la commune de Besançon.
- Le château féodal en ruines datant du IXe ou XIe siècle dominant tout le village et la vallée de la Loue, les ruines du château de Charencey sont inscrites aux monuments historiques.
- Le château de Buillon : belle propriété ayant appartenu au peintre James Tissot et à sa famille et aux XIXe et XXe siècles.
- L'abbaye Notre-Dame de Billon. Des moines cisterciens ont occupé l'abbaye sise à Buillon jusqu'à la Révolution. Il ne reste pour ainsi dire plus rien de cet établissement. Seules quelques ruines subsistent dans le parc du château de Buillon.
- L'église paroissiale est située à proximité de La Loue. Elle a été remaniée au fil des siècles. Le clocher porche date du XIVe siècle. Elle est dédiée à la Sainte Croix du Christ.
Elle a la particularité d'être en zone inondable, comme une partie des maisons du vieux village. Des bénévoles enlèvent les chaises et démontent le parquet lors de chaque inondation. A Noël 1995, il y eut près de 40 cm d'eau dans l'église. L'édifice possède deux cloches, dont la plus grosse pesant 1,2 tonne.
Bâtsses du XVIe siècle.
- Les forges de Chenecey et de Buillon ont fait la renommée industrielle de la commune. Elles ont fermé après la deuxième guerre.
- Le gouffre des Granges-Mathieu, hameau du village, est un lieu spéléologique connu qui présente des caractéristiques naturelles intéressantes avec deux grandes galeries explorées mais qui ne sont pas ouvertes au public.