Les Thermes du Domaine de Marlioz, construits à l'initiative du propriétaire du domaine, Barthélémy Billet, négociant à Madrid, furent inaugurés le 3 août 1861. La gestion en fut confiée à Alphonse Mottet. En 1860, l'empereur Napoléon III et son épouse Eugénie étaient venus à Marlioz, l'effet curatif des sources étant connu depuis 1820.

Après son rachat par Paul Bernascon en 1892, l'édifice fut agrandi et les installations furent perfectionnées, sous la direction de Lathoud, architecte lauréat de l'Institut. L'ensemble fut à nouveau rénové en 1927, mais devenu vétuste, il fut démoli et reconstruit en 1981 selon les plans dressés par l'Atelier Gambert ; seule fut conservée la façade occidentale du corps central.