La source de la fontaine est située à 150 mètres au nord-ouest. D'après Delaporte (1865), "son captage est placé au fond d'un puits carré assez profond, qui est recouvert par une large dalle ou pierre". Chapelain (1857) indique que son débit est de 8.640 litres par jour, et surtout qu'un réservoir d'une capacité de 18.000 litres est construit sous un talus du parc en 1822, ce que confirme l'inscription gravée (FONTAINE D'HYGIE / LUXEUIL / A M. DE VILLENEUVE PREFET). Celle-ci fait en effet référence à Joseph de Villeneuve-Bargemon, dont on sait qu'il est préfet de Haute-Saône de 1815 à 1825. Delaporte (1865) a montré que le surnom de "fontaine savonneuse" donné par Chapelain (1857) à la fontaine d'Hygie révèle une confusion avec l'ancienne source savonneuse de l'établissement thermal, qui n'existe plus au 19e siècle. L'eau de la fontaine d'Hygie est la moins chaude et la moins minéralisée du site, ce qui explique que son usage soit resté assez limité. Elle sert principalement au Bain des Fleurs, également construit dans les mêmes années, où elle est mélangée à l'eau du Bain des Dames pour en faire baisser la température. Elle est également consommée en boisson jusqu'au 20e siècle, notamment comme une alternative à l'eau de la ville jugée désagréable à boire d'après un guide de 1892 ("Il est mieux de l'abandonner et de boire de l'eau d'Hygie dont la source se trouve derrière les bains"). Le remplissage manuel des bouteilles a dû en faire un lieu d'animation et de sociabilité pour les curistes. La fontaine est figurée sur le plan du cadastre ancien dit napoléonien (1827). Elle est bâtie en contrebas d'un talus qui existe encore aujourd'hui. Sa conception peut être attribuée à l'architecte Louis Well, auteur du premier projet du Bain des Fleurs également daté de 1822. Située à l'origine un peu à l'écart des bâtiments, la fontaine est présentée comme une "jolie grotte" par Delaporte (1865). Elle a aujourd'hui perdu son caractère bucolique. Elle se situe au pied de la façade occidentale de l'aile nord-ouest de l'établissement thermal construite en 1937-1939 et agrandie en 1963. Elle n'est plus alimentée en eau et n'est plus accessible du public.