Cette source a été un lieu de culte celtique dès le premier âge du fer comme l'attestent les quelques 350 fibules de fer et de bronze datées du VIe au IVe siècle av. J.-C. trouvées en 1996 lors de l'assèchement par pompage pour explorer le site. Ces fibules étaient jetées dans les eaux suivant un rituel inconnu. La tradition s'est perpétuée jusqu'au XVIIIe siècle car l'on a retrouvé également de nombreuses épingles de cette époque. Avec la christianisation, la source a été placée sous le patronnage de la Vierge Marie, dont une statue a été placée dans une niche de la falaise. Ces fouilles ont également permis la découverte d'environ 40 ex-voto de l'époque gallo-romaine sous forme sculptures en calcaire de facture rustique.


L'abbé Tridon décrivait en 1847 la source qui jaillit en plein coeur de Châtillon-sur-Seine dans ces termes :

La Douix, comme la Seine dont elle est la soeur, eut vraisemblablement son génie ; et le génie, son temple et ses autels. Au point de la montagne où cette fontaine est située, s'élève à 80 pieds de hauteur une roche nue et coupée à pic ; on dirait la vieille façade d'un temple rustique couronnée de verdure ; c'est au pied de cette masse imposante, sous les arceaux d'une voûte rembrunie qui rappelle l'antre du vieux Protée que coule, fraîche et limpide, la source qui en habite les profondeurs.