Les vestiges découverts à Nancray sont un peu épars: fragment de hache polie (pour le travail du bois), grattoirs-racloirs (pour le travail de la peau), armatures de flèche (pour la chasse ou la guerre).Quelques tessons de céramique de l’époque protohistorique (Age du Bronze et Ages du Fer) prouvent que l’occupation humaine n’a pas cessé depuis l’époque préhistorique. Pour l’époque gallo-romaine, il existe des vestiges d ’habitations, encore diffus des tuiles et des tessons de céramique ont été récoltés en plusieurs endroits du territoire communal; une voie antique venant de La Vèze a été signal par Jules Gauthier en 1889.Le Haut Moyen Age (vers 476-987) est également présent le long d’un chemin forestier a été découvert par G. Witschi un ardillon en bronze identifié par l’archéologue C. Cupillard comme un élément de boucle mérovingienne. Au Xlle siècle, l’abbaye Saint -Paul de Besançon est implantée à Nancray. Le village est mentionné en 1104 sous le nom de Nanchra. Les Montfaucon sont au cours du Moyen Age les plus puissants seigneurs du territoire. Jean de Montfaucon rend hommage en 1309 à Jean de Chalon, seigneur d’Arlay, pour les biens qu’il possède dans la localité, dont le nom devient Nancray en 1414.Au XVle siècle, l’augmentation de la population entraîne de nouveaux défrichements dans la forêt de Monfaucon. En 1636, pendant la guerre des Dix Ans, le village est occupé par des régiments allemands. L’année suivante, les Lorrains du colonel Preslet détruisent presque la totalité des habitations. Le village, qui compte entre 350 et 400 habitants en 1614, n’en accueille plus qu’une centaine en 1657. A cette date, deux moulins existent à Nancray, dont un à vent, ce qui est rare dans la région. La seigneurie est rachetée au début du XVllle siècle par M. de Talbert, seigneur de Quenoche, professeur à l’université de Besançon. Pendant la révolution, ce dernier émigre, et ses possessions sont vendues comme biens nationaux. Le 23 janvier 1790, une municipalité est formée et le curé constitutionnel Antoille Marcherey est désigné comme officier public, chargé de tenir les registres de l’état civil. Au milieu du XlXe siècle, le village compte 641 habitants, avec 85 maisons dont 31 en pierre. Succédant au moulin de Nancray mentionné dès le XI Ile siècle, une scierie mécanique utilisant la force hydraulique s’installe en 1909. La commune bénéficie au XXe siècle de la proximité de la capitale comtoise et accueille de nombreux commerces et services de proximité, ainsi que des équipements culturels et de loisirs. Le village est surtout connu pour son musée des Maisons comtoises, souhaité par l’abbé Garneret, et crée en 1984 sous l’égide de l’association du folklore comtois.