La ville d'Ax existe depuis au moins le 13e siècle et l'usage des eaux thermales à des fins domestiques et/ou thérapeutiques est attesté depuis cette période. Il faut cependant attendre le milieu du 18e siècle et la redécouverte des propriétés médicales de ces eaux pour que la ville connaisse un nouvel essor et un développement directement lié à leur présence.
Dès le lendemain de la Révolution, la ville dAx compte au moins cinq établissements thermaux, de taille variable : les établissements du Couloubret, du Teich et du Breilh, et les bains Fort et Montmorency. Ils sont répartis tout autour du centre ancien. Ce nombre reste à peu près stable jusquau milieu du 20e siècle, mais avec des transformations importantes puisque certains disparaissent (Fort et Montmorency) et un nouveau est fondé (le Modèle). Tous font l'objet de travaux importants de reconstruction une ou plusieurs fois au cours de leur histoire. Aujourdhui, il reste deux établissements thermaux en fonctionnement pour les cures (le Teich et le Modèle) et un troisième transformé en centre thermo-ludique (le Couloubret).
Parallèlement aux transformations de ces établissements, la ville s'étend pour répondre à l'afflux de curistes et de touristes. Entre les années 1820 et 1920, de nouveaux édifices sont construits le long des trois principales routes autour dAx. Il s'agit principalement de maisons de plusieurs niveaux, ou de petits immeubles, abritant souvent des logements saisonniers. Plusieurs hôtels importants sont alors aussi édifiés, ainsi que quelques villas indépendantes entourées de jardins voire de parcs. La fin du 19e siècle et le début du 20e siècle est aussi marquée par la construction du casino et l'aménagement de parcs et jardins publics près des établissements thermaux. Le centre ancien de la ville reste relativement dense mais connaît tout de même des transformations pour accueillir les touristes avec l'aménagement de chambres voire d'appartements indépendants et la reprise de la plupart des façades. Une place est ouverte au coeur de la ville ancienne en 1882, la place Roussel.
La commune obtient d'être érigée en station hydrominérale par un décret du 8 mars 1913. Les chiffres du produit de la taxe de séjour sont connus entre 1923 et 1932 (avec un trou en 1928) grâce aux Annales des établissements thermaux, cercles, casinos, eaux minérales, à la Gazette des eaux (1er mai 1925) et à l'Avenir de Luchon (10 mars 1929) ; ils permettent d'estimer la fréquentation de la station (même si de nombreux visiteurs sont exemptés) et de la situer par rapport au corpus de la cinquantaine de stations hydrominérales de l'époque. Ce produit s'élève pour Ax-les-Thermes à 40 529 en 1923 (12e rang entre Contrexéville et Néris-les-Bains), 49 225 F en 1924 (13e), 45 644 en 1925 (15e), 52 297 en 1926 (18e) et 54 558 en 1927 (15e). Il atteint 102 941 en 1929 (12e), puis 96 502 en 1930 (12e), 115 841 en 1931 (12e), 86 961 en 1932 (12e). Sur toute cette période Ax est la première des stations hydrominérales des Pyrénées, mais est dépassée par les stations hydrominérales et climatiques telles que Cauterets, Luchon et Bagnères-de-Bigorre.
Au cours des années 1920 et 1930, la station thermale connaît à nouveau un développement important grâce à la prolongation de la ligne de chemin de fer au-delà des Pyrénées. À cette période sont projetés deux lotissements, En Castel, à l'ouest, et le Parc d'Espagne, au sud. La construction de villas dans ces deux lotissements permet de répondre à une demande croissante des curistes et touristes qui recherchent un plus grand confort et des logements plus ouverts sur la nature environnante. La plupart des villas de cette période sont de style néo-régionaliste, quand les plus anciennes étaient soit éclectiques soit avec quelques éléments de style Art nouveau ou Art déco.
Depuis le milieu du 20e siècle, l'extension de la station thermale se'st prolongée en fond de vallée et a commencé à miter les versants les mieux exposés. Le développement de la station à cette période n'est plus seulement lié à la présence du thermalisme mais aussi à la création de la station de ski Ax-Bonascre en 1955, devenue en 2001 Ax-3 domaines. Dans l'architecture de villégiature, cette période est marquée par l'augmentation importante du nombre de chalets ou d'immeubles reprenant les codes stylistiques des chalets.
