Edifiée en 1503, la chapelle de Chamole, est reconnue sous le nom de Saint-Jacques-le-Majeur, saint auquel les comtes de Bourgogne portaient une dévotion particulière.
Des érudits locaux justifient la dédicace de la chapelle de Chamole à cette dévotion des comtes de Bourgogne pour saint Jacques. Mais la date supposée de son érection (début du XVI° siècle) est bien tardive pour que cela soit retenu.

L'histoire de la Franche-Comté écrite par Louis Gollut a été publiée en 1595. Dédiée à Philippe II, elle relate longuement les relations de la famille comtale avec l'Espagne au XII° siècle. Elle fait des Habsbourg, Espagnols et Comtois par leurs ancêtres, une grande lignée remontant à Raymond de Bourgogne, le père d'Alphonse VII de Castille. Cette histoire a eu un grand succès. Aurait-elle été connue des commanditaires de la chapelle ? Saura-t-on jamais ? On peut rêver et imaginer ! C'est une invitation à poursuivre des recherches.

La forteresse de Grimont qui dominait et défendait la ville de Poligny était située sur la commune de Poligny, à mi-chemin entre cette ville et le village de Chamole. Dans ce château-fort était conservé le trésor des chartes des comtes. La chapelle castrale était dédiée à sainte Agathe, la chapelle Saint-Jacques de Chamole était sous sa dépendance. Après la démolition du château de Grimont, le service de la paroisse qui se faisait dans la chapelle de ce château fut transféré dans cette modeste chapelle du village qui a dès lors porté le titre de Saint-Jacques et Sainte-Agathe.

Sur le territoire de la commune de Chamole s’est déroulée la bataille sanglante qui a opposé les troupes du roi de France Louis XIII aux défenseurs du comté en juin 1638. Les comtois, conduits par le duc de Lorraine, ont été défaits par l’armée du duc de Longueville. La forteresse a été rasée, la ville de Poligny est restée inhabitée pendant 30 ans. Le Comté de Bourgogne qui avait déjà reçu les assauts des armées de Louis XI, puis de Henri IV, a perdu dit-on 70% de sa population lors de la guerre de 10 ans menée par Louis XIII et Richelieu. Mais la France devra attendre une nouvelle campagne militaire menée par Louis XIV et Vauban pour annexer définitivement ce Comté par la paix de Nimègue en 1678.

Le Dictionnaire Rousset des communes la décrit ainsi :

« C’est une chapelle orientée, ses murs sont très bas et flanqués de contre-forts . Elle ne se compose que d’une nef peu élevée et voûtée. Sur le milieu de sa longueur, apparaît au dessus du toit un mur percé d’une ouverture, dans laquelle était placée la cloche. Deux fenêtres pratiquées après coup dans le mur oriental, éclairent l’édifice, qui dans l’origine ne recevait de jour que par la porte. L’ensemble du monument est du style ogival usité au XIIIe siècle.On y remarque une statuette en pierre et un grand nombre de pierres tombales fort ancienes. L’état de cette chapelle est déplorable. Elle est louée à plusieurs particuliers pour servir de bûcher. Il est question d’en faire une fromagerie. On devrait la conserver, comme un précieux spécimen de l’architecture rurale religieuse au XIIIe siècle ».