De nombreux documents d'archives datés du début du 20e siècle font remonter l'exploitation des sources thermales d'Audinac au 18e siècle. Cependant, dans le cadre de cette recherche, aucun des documents étudiés n'a permis de l'attester.
Dans l'état actuel des connaissances, il semble que le premier établissement thermal d'Audinac ait été fondé sur la commune de Montjoie dans la première décennie du 19e siècle par le commandant militaire Barthélémi Dauby. Ayant perdu une grande partie de sa fortune pendant la Révolution, il décide d'exploiter une source se trouvant sur un terrain dont il avait hérité. Plusieurs documents datés de la première moitié du 19e siècle indiquent que l'établissement a reçu son premier règlement en 1808. À ses débuts, la station thermale était composée d'un bâtiment abritant à la fois les bains et les chambres, accompagné d'une construction plus modeste servant aussi de logements pour les curistes. Un hôtel situé plus au nord complétait les capacités dhébergement de l'établissement. Ces bâtiments sont connus grâce au plan dressé par le géomètre Belvèze en 1822.
Entre les années 1800 et 1830, deux à quatre cents malades auraient fréquenté les bains d'Audinac, en grande partie des personnes modestes venant des environs. Cette première période d'existence de la station est marquée par de nombreux dysfonctionnements. Aux problèmes de murs dénoncés par les médecins inspecteurs qui se succèdent à Audinac, s'ajoutent les défaillances des infrastructures thermales. Ces dernières font l'objet daméliorations au cours des années 1840 sous l'impulsion des nouveaux propriétaires, Messieurs de Morteaux et de Mortarieu. Le captage des sources est refait à neuf sous la direction de l'ingénieur des mines Jules François. Un bâtiment dédié exclusivement aux bains est construit d'après les plans de l'architecte Edmond Chambert, l'hôtel est agrandi et le parc fait l'objet d'un nouvel aménagement paysagé. La station bénéficie ainsi de trente baignoires, réparties dans les deux établissements thermaux, et est désormais complétée par deux buvettes puisqu'à partir de cette période deux sources sont exploitées, la Source des Bains et la Source Louise. L'ouverture en 1840 de l'hôtel Morère à proximité de la station thermale témoigne de l'épanouissement des bains d'Audinac.
Cette dynamique s'estompe dès les années 1850 et plus encore au cours de la décennie suivante, comme l'indiquent les rapports de l'administration préfectorale. Le développement de la station d'Aulus-les-Bains, située à une trentaine de kilomètres plus au sud, a semble-t-il entravé l'essor de celle d'Audinac. La fin du 19e siècle est toutefois marquée par un regain de fréquentation, renforcée à partir des années 1910 par l'accueil des fonctionnaires du service colonial (grâce au décret du 30 septembre 1911).
En 1923, la municipalité obtient le classement du hameau comme station hydrominérale (décret du 31 juillet), la station devient ainsi officiellement Audinac-les-Bains. Même avec ce nouveau statut, Audinac demeure une station modeste jusquau début de la Seconde Guerre mondiale, où cesse définitivement l'activité thermale. L'obtention du classement suscite la rédaction d'une brochure sur la station en 1923 par le syndicat d'initiative. En plus des bienfaits purement thermaux, la notice revendique d'être un centre d'excursion et de tourisme, d'offrir un séjour exceptionnel aux enfant enfants et de procurer la cure d'air. La notice cite les propos du Dr. Dubuc en 1882 dans son Essai analytique sur les eaux minérales d'Audinac : "le climat y est doux et tempéré : on y est à l'abri des chaleurs excessives de la plaine et des froids rigoureux des montagnes. La grande allée du parc est peut-être une des plus grandioses des Pyrénées (platanes bi-centenaires) où les convalescents et ceux qui ne peuvent supporter des courses pénibles y trouvent des ombrages frais et protecteurs". En 1923, la station est ouverte du 1er juin au 15 octobre. En plus des deux hôtels (celui de l'établissement thermal et l'hôtel Morère), quelques pensions et appartements meublés sont recensés (annexe de l'hôtel de l'établissement, villa Morère, Maisons Faux et Darrou), ainsi qu'une quinzaine de maisons où l'on peut louer une chambre. Un court de tennis est à disposition dans le parc de l'établissement, il est possible de canoter sur l'étang du parc. La pêche et la chasse peuvent être pratiquées à proximité. Des bals et concerts sont proposés dans les salons de l'hôtel de l'établissement mais pour le cinéma, il faut aller à Saint-Girons. Un bureau des P.T.T. se trouve en face de l'entrée principale du parc. Le culte catholique est célébré le dimanche à 8 h dans la chapelle attenante à l'hôtel de l'établissement.
Les chiffres du produit de la taxe de séjour sont connus entre 1924 et 1932 (avec un trou en 1928) grâce aux Annales des établissements thermaux, cercles, casinos, eaux minérales, 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 pour Audinac s'élève à 814 F en 1924 (37e), 786 en 1925 (38e), 695 en 1926 (38e), 587 en 1927, 636 en 1929 (46e), 485 en 1930 (48e), 521 en 1931 (48e), 529 en 1932 (49e). Hormis 1931 où elle dépasse Charbonnières, Audinac est la plus petite station de France en termes de montant de taxe d'habitation mais maintient une activité relativement stable malgré sa modestie.
Réquisitionnée par le Gouvernement de Vichy, elle est occupée par l'Armée à partir de l'automne 1941. Le Centre d'éducation Bayard, destiné à accueillir les enfants de troupes ayant achevés leur formation mais n'étant pas encore majeurs, y est créé en octobre. Sa devise est "se vaincre pour mieux servir" et a compté 400 élèves en 1943. Il est remplacé par une école de sous-officiers à partir du printemps 1946. Les militaires procèdent alors à de nombreux aménagements et constructions au sein du parc. L'Établissement de communication et de production audiovisuelle de la Défense (ECPAD) conserve une vingtaine de photographies, prises par Marcel Viard en 1942 (cote VICHY 149), qui donnent un aperçu de l'occupation des lieux. L'ancien hôtel thermal abrite les chambrées, le réfectoire et les salles de cours. Les élèves suivaient des cours de littérature, d'art français d'histoire ou de géographie. Les jeunes gens sont également formés dans des ateliers d'électricité, de ferronnerie et de menuiserie. Les élèves se formaient également autour des chevaux (scène de voltige) et suivaient des cours d'éducation physique dans le parc thermal et dans un stade aménagé, dit "plateau d'hébertisme" avec piste de course, barres parallèles, piste de lancer de poids, barre fixe, saut en hauteur. La natation était pratiquée dans le grand bassin de la piscine thermale. Les habitants d'Audinac étaient conviés à assister à des épreuves physique lors de la fête annuelle du centre. Les élèves ont contribué à l'aménagement des lieux (installation de poteaux électriques, travaux routiers) et avaient également une pratique agricole dans une ferme, assurant ainsi le ravitaillement du centre. Une grande chapelle avait également été aménagée.
L'activité thermale étant paralysée par l'occupation militaire, le propriétaire de la station, Théophile Benoît, cède en novembre 1947 la jouissance des eaux thermales d'Audinac-les-Bains à une société privée. Cette dernière a pour ambition de créer une station hydrominérale dans la ville voisine de Saint-Girons. C'est dans ce contexte qu'une canalisation de près de cinq kilomètres a été construite pour acheminer les eaux thermales d'Audinac. Leur commercialisation, sous l'appellation « Grande Source Aunac », débute dès 1948 pour s'achever en 1951. Le projet de création du centre thermal de Saint-Girons-les-Eaux en revanche a été complètement abandonné en 1952, suite à la liquidation judiciaire de l'entreprise qui en était à l'initiative.
En parallèle, au cours de l'année 1949, la Chambre d'industrie thermale d'Audinac-les-Bains obtient l'évacuation totale du camp militaire avec pour ambition de relancer l'exploitation des sources sur le site. Ce projet est de nouveau envisagé en 1955 lors du rachat de la station thermale par Henri Rivière, un ingénieur demeurant au Maroc. Finalement, ce dernier loue dès l'année suivante une partie du domaine d'Audinac à une colonie de vacances toulousaine. Il semble qu'à partir de cette période les infrastructures thermales soient laissées à l'abandon, à l'exception du grand hôtel. C'est dans ce contexte quen 1972 les communes de Montjoie-en-Couserans et de Saint-Lizier se sont constituées en syndicat intercommunal pour acquérir l'ancienne station thermale d'Audinac-les-Bains et y créer une base de loisirs. Le domaine d'Audinac est aujourdhui la propriété de la Communauté de communes Couserans Pyrénées, et abrite depuis 1993 un camping.
