Plusieurs sites de la fin du Paléolithique (-35 000 à –10 000 av JC) ont été découverts sur le territoire de la commune. Il semble s’agir d’ateliers de fabrication d’outils en silex.
La commune de Pagney est sur le tracé de la voie romaine de Pontailler à Besançon, passant par la petite agglomération de Dammartin. Plusieurs villas gallo-romaines bordent cette voie.
Au VI-VIIème siècle, un prieuré existait à l’emplacement du Castel, 2 rue haute.
Pagney dépendait en partie de l’ Abbaye d’Acey, en partie des seigneurs d’Ougney et des Seigneurs d’Etrabonne.
Les troupes de Louis XI ravagent toute la vallée, de même que celles de Louis XIV, lors de la conquête de la Comté (1637 1681 ).
Le choléra fit environ 60 victimes à Pagney.
Trois ressources sont essentielles pour le village :
L’agriculture (céréales et élevage),
La viticulture,
Les ouvriers qui travaillent aux mines d’Ougney .
Ce qui explique l’importance de la population à cette époque.