L'Hôtel des Bains est créé par Antoine-Louis de Viel de Lunas, marquis d'Espeuilles, avant même l'adjudication de l'établissement thermal à la famille en 1837. L'hôtel est en effet en construction lors de la levée du plan du cadastre ancien dit napoléonien (1832) et peut par conséquent être considéré comme le plus ancien édifice du quartier thermal de Saint-Honoré-les-Bains. Il se situe au croisement de la route de Rémilly et du chemin conduisant au bâtiment des bains, et consiste en un bâtiment de plan rectangulaire de huit travées de longueur et de trois travées de largeur dont l'essentiel subsiste encore aujourd'hui. La présence de bâtiments annexes est attestée à proximité immédiate de l'hôtel. C'est le cas d'un "logement construit pour les baigneurs en 1828" que Charleuf cite en 1864. On sait qu'il est déjà réuni à l'Hôtel des Bains à l'époque où ce dernier écrit. C'est également le cas des corps de bâtiments en rez-de-chaussée construits au nord de l'hôtel dans la seconde moitié du 19e siècle, bien visibles sur certaines cartes postales anciennes, et détruits lors de la construction de l'Hôtel Bristol Thermal. En 1879-1880, la façade ouest devant laquelle se dresse alors un rocher, bien visible sur les plans du site au début du 19e siècle, est dégagée.

Dans la première moitié du 20e siècle, la propriété de l'édifice est déjà indissociable de celle de l'établissement thermal. Il passe donc à la Société anonyme des Eaux thermales de Saint-Honoré en 1901, puis à la Société anonyme Hôtelière et Immobilière en 1924. L'Hôtel, qui comporte une quarantaine de chambres, est modernisé en 1901. Le mobilier est alors entièrement renouvelé, et l'éclairage électrique installé. L'Hôtel des Bains devient l'annexe de l'Hôtel Bristol Thermal à partir de 1930. La disposition du nouvel hôtel par rapport à l'ancien suggère alors que l'intention de la Société est de détruire l'Hôtel des Bains et de construire à sa place une nouvelle aile de l'Hôtel Bristol Thermal, mais le projet n'aboutit pas. La toiture est refaite à la fin du 20e siècle et au début du 21e siècle, mais l'intérieur ne fait pas l'objet de travaux. L'édifice, qui dépend encore aujourd'hui de l'Hôtel Bristol Thermal, est aujourd’hui désaffecté.