Le corps municipal et non l’évêché, décide en 1528 de l’emplacement du nouvel hôpital sur l’île Saint-Laurent, derrière le couvent des Cordeliers, sur le terrain Cochard, en aval du Pont. Cette position dans l’île isole les pauvres malades de la ville, la Saône pourvoit l’hôpital en eau, et permet d’en évacuer les sanies…
En février 1529, le roi François 1er autorise les édiles par lettres patentes à construire l’hôpital auquel il accorde des privilèges.
Le 7 septembre 1838, le pape Paul III accorde une bulle d’indulgences à tout donateur de l’hôpital. Elle sera complétée par Paul V en 1617. L’hôpital vivra de dons jusqu’en 1950.
L’hôpital Saint-Laurent, en accueillant les pauvres et les malades, remplissait les fonctions d’un Hôtel-Dieu, institution hospitalière la plus courante à cette époque.
En 1570 l’hôpital se compose de deux bâtiments donnant sur les quais : la communauté des sœurs (bâtiment qui se visite) et d’une grande nef qui correspondait à la grande salle des malades, elle se terminait par une chapelle en abside. Cette grande nef, devenue insalubre, fut détruite en 1854 suite à des inondations, mais les éléments mobiliers remarquables ont été conservés grâce à la Société d’Histoire et d’Archéologie et réinstallés dans la chapelle du 19ème siècle : vitraux du 16ème siècle, portes sculptées et chaire à prêcher du 17ème siècle.
L’hôpital est desservi par les sœurs de Sainte-Marthe qui remplacent, à partir de 1632, les Dames de Chalon. Ces dames étaient critiquées pour leur mauvaise gestion de l’établissement. C’est pourquoi, le maire de Chalon, Claude Enoch Virey, demande à des sœurs de l’hôtel-dieu de Beaune de venir à l’hôpital pour le réorganiser. C’est le début de l’établissement des sœurs de Sainte-Marthe à Chalon-sur-Saône. Elles serviront les malades jusqu’en 1980 à l’hôpital.
L’hôpital a connu de nombreuses modifications amenant la destruction de certains bâtiments pour le rendre plus fonctionnel.
Depuis 1626, on décide de la construction d’une infirmerie pour isoler les personnes les plus malades, d’une apothicairerie, disparues aujourd’hui.
Une troisième salle destinée aux femmes et le dortoir des sœurs sont construits à la fin du XVIIe siècle.
Une quatrième salle aussi appelée nouvelle infirmerie est édifiée en 1704 par le conseil de ville.
La cinquième salle est élevée de 1768 à 1773 sur les plans (probables) de l’ingénieur Emiland Gauthey, qui créa également une chapelle surmontée d’un dôme à la jonction des quatre salles de malades disposées en croix.
De même aux 17ème et 18ème siècles ont été créés le réfectoire des sœurs ainsi que la salle des étains dont la fonction était d’accueillir les pauvres afin de leurs distribuer la soupe populaire.
La Pharmacie de style néoclassique réalisé par Claude Niepce, fut construite de 1786 à 1788.
Suite à la destruction de la Grande Nef un bâtiment est construit de 1854 à 1860 par l’architecte Jacques Duclos qui surélève le dôme.
En 1873 une des quatre grandes salles de malades se situant autour du dôme laisse place à la nouvelle chapelle.
Le Centre hospitalier William Morey quitte le site de l’hôpital St-Laurent fin 2011 pour rejoindre ses nouveaux locaux aux Prés-devant.
