L'ancêtre de la maison de C. est Lambert (✝︎978), fait comte de C. par le roi franc Lothaire (✝︎986) et qui tire son nom de Chalon-sur-Saône. Jean l'Antique (✝︎1267), fils de la comtesse Béatrice de C. (✝︎1227) et du comte Etienne III de Bourgogne (✝︎1241), céda le comté au duc Hugues IV de Bourgogne (✝︎1272) en échange de la baronnie de Salins et transféra sa résidence de la Saône au Jura, dans la région sise entre Pontarlier et Saint-Claude. Son fils Jean Ier de C.-Arlay (✝︎1316), fondateur de la lignée des C.-Arlay, était beau-frère du comte Rodolphe de Habsbourg et soutint celui-ci contre Berne. Devenu empereur, Rodolphe donna aux comtes de C. le péage de Jougne et la suzeraineté sur le comté de Neuchâtel, lequel relevait précédemment de l'Empire; les comtes de Neuchâtel perdirent donc l'immédiateté impériale. Ni la maison de C. ni son héritière, celle d'Orange-Nassau, n'abandonnèrent leur suzeraineté sur Neuchâtel. Celle-ci servit en 1707 à fonder les prétentions du roi de Prusse Frédéric Ier, qui les tenait de sa mère Louise-Henriette, fille de Guillaume II de Nassau (✝︎1650), stathouder des Pays-Bas.
Le fils aîné de Jean Ier de C.-Arlay, Hugues Ier (✝︎1322), détenteur du col de Jougne, fit échouer le projet de Pierre II de Grandson de créer un nouveau passage à travers le Jura par Sainte-Croix en érigeant, au défilé des Etroits, le château fort de Franc Castel; en 1319, Pierre II de Grandson dut accepter l'arbitrage de Louis de Savoie et prêter hommage à Hugues. Le frère d'Hugues, Jean (->), fut évêque de Bâle de 1325 à 1335. Jean III (✝︎1418), prince d'Orange par son mariage en 1393 avec Marie des Baux, acheta Cerlier en 1407. Son fils Hugues II (✝︎1463) hérita (1414/1424) des possessions de la maison de Montbéliard en deçà du Jura: Orbe, Echallens, Grandson, Montagny (VD), Bottens. Il acheta au duc de Savoie la seigneurie de Belmont (VD). Lorsque la maison de Fribourg s'éteignit en 1458, Louis de C. (✝︎1463) tenta sans succès de reprendre le fief de Neuchâtel tombé en déshérence. Pendant les guerres de Bourgogne, les C. combattirent aux côtés de Charles le Téméraire. Les Confédérés en profitèrent pour s'emparer en 1478 de leurs possessions en deçà du Jura, qui furent attribuées à Berne et Fribourg en 1484 et ― sauf Cerlier, qui devint possession purement bernoise ― constituées en bailliages communs. Le dernier descendant en ligne masculine des C. fut Philibert (✝︎1530) qui, en adoptant René de Nassau, fils de sa sœur Claude, transmit tous ses droits à la branche ottonienne de la maison de Nassau.