Le Grand Hôtel des Bains est créé par la Compagnie des eaux lithinées de Santenay qui rachète au pharmacien Lucien Garreau la source Carnot en 1902. L'édifice complète le nouveau bâtiment des bains, auquel il est relié par une passerelle couverte. Il est l’œuvre d'Albert Jeannet, architecte à Chalon-sur-Saône, qui livre un édifice imposant, peu décoré, contenant soixante-quinze chambres et pourvu de l'équipement le plus moderne : éclairage électrique, téléphone et ascenseur. Le Grand Hôtel des Bains, placé sous la direction de Jean Clavel, ouvre dès 1903. Les difficultés apparaissent rapidement. Tout comme l'établissement de la source Carnot, l'hôtel est d'abord racheté par l'un des anciens membres de la Compagnie, Louis Antoine Vignon, en 1906. Il ne parvient toutefois pas à redresser la situation financière, et fait à son tour faillite. En 1909, la totalité des bâtiments de la source Carnot, y compris le Grand Hôtel des Bains, sont acquis par Arthur Budan, étudiant en médecine parisien qui a d'ambitieux projets pour la station thermale de Santenay. C'est un nouvel échec, et l'hôtel change de mains à la fin de l'année 1913 : il passe à Charles Michelerne, notaire à Chalon-sur-Saône. Pendant la Première Guerre mondiale, l'édifice est réquisitionné par l'armée pour servir d'hôpital militaire. En 1924, malgré les avis négatifs de la municipalité de Santenay, la commune de Courbevoie achète le Grand Hôtel en vue d'y installer une colonie de vacances. Pour diverses raisons, cette colonie ne voit jamais le jour. En 1935, la propriété est vendue à la Société des viticulteurs de la Dheune que vient de créer le notaire Henri-Joseph Boussin, lequel s'est rendu également acquéreur de la source Carnot. Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'hôtel est occupé par les Allemands qui installent des baraquements et un manège dans le parc. Les termes du contrat avec la Société des viticulteurs n'étant pas respectés, la commune de Courbevoie vend l'ensemble à la SNCF en 1947. Les bâtiments sont alors convertis en une école d'apprentissage, auparavant localisée à Clermont-Ferrand où elle a été créée en 1941. Elle assure la formation des agents d'entretien de la signalisation électrique. À cette occasion, la SNCF charge Henri Vincenot de la décoration de l'établissement ; il livre une série de compositions peintes qui sont aujourd'hui inscrites au titre des Monuments historiques (PM21004814). Le parc est aménagé en vue des activités sportives des élèves. Au total, 800 techniciens sont formés à l'école avant qu'elle ne ferme en 1970. L'édifice devient alors la maison de retraite « Les Verdaines » destinée aux anciens agents de la SNCF. La transformation d'un ancien hôtel thermal en maison de retraite par la Compagnie rappelle la création du Refuge des Cheminots dans l'Hôtel du Parc à Pougues-les-Eaux dans les années 1920. En décembre 2018, la SNCF vend les bâtiments au groupe SOS seniors.