Le premier établissement thermal communal d'Encausse à être bâti en pierre est édifié vers 1783 (AD Haute-Garonne, 5 M 48-2, 1807). Il se composait de dix cabinets dotés de baignoires en marbre et en bois, de trois chambres dont une servait à loger les baigneurs et baigneuses, les deux autres étant utilisées comme chauffoir pour la sortie du bain (AD Haute-Garonne, 5 M 48-1, 1801).
Si le mauvais état sanitaire de l'établissement des bains est dénoncé dès le tout début du 19e siècle, il faut attendre les années 1820 pour que l'édifice soit en grande partie reconstruit par l'architecte Laffont (AD Haute-Garonne, 5 M 48-2, 1822). Suite à ces travaux, le nouvel établissement est doté de dix-huit baignoires en marbre. Les cabines de bains sont desservies par un corridor. À l'extrémité gauche de celui-ci se trouvait la buvette, et à l'extrémité opposée le cabinet de la douche (Castillon, 1851, p. 33). Tout comme l'édifice primitif, l'établissement thermal abrite aussi quelques chambres.
Au début des années 1860, la municipalité portée par Jean-Pierre Laffont entreprend de reconstruire l'établissement des bains communal, dont le niveau de confort est alors largement décrié dans les guides (Bernis, 1864, p. 46). Edmond Chambert propose un premier plan en 1864. L'édifice conçu par l'architecte aurait été peu coûteux, conformément à la demande de la municipalité, et bâti dans des dimensions similaires à celui reconstruit dans les années 1820. Finalement, sous l'impulsion de l'Administration préfectorale la municipalité se lance dans l'acquisition des cinq parcelles voisines, situées entre l'établissement thermal reconstruit dans les années 1820 et l'établissement thermal Dargut, afin de pouvoir se doter non seulement d'un édifice plus grand mais aussi d'un jardin (AD Haute-Garonne, 5 M 48-3, 1864). Les plans de l'architecte, dressés en 1866, sont approuvés en août 1869 (AD Haute-Garonne, 5 M 48-3, 1869).
L'établissement thermal conçu par Chambert devait se composer d'une galerie servant de promenoir couvert, terminée à chacune de ses extrémités par un pavillon de plan octogonal. Celui placé vers la source devait abriter la buvette, alors que celui situé à l'autre extrémité du promenoir devait servir de salon de réunion. Une galerie longeant le promenoir devait desservir douze cabinets de bains. Six baignoires auraient alors été alimentées par la source thermale alors que les six autres étaient destinées aux bains de rivière et aux bains émollients. Le projet prévoyait que les réservoirs, chaudières et séchoirs à linge seraient installés dans les deux pavillons à l'extrémité du bâtiment. Finalement, en dépit des efforts fournis par la municipalité pour réunir les fonds nécessaires à cette reconstruction, seule une petite partie de ce programme architectural a été réalisée.
La démolition de l'ancien établissement thermal a été achevée en 1874. Si la construction du pavillon de la buvette est terminée l'année suivante (AM Encausse, 1 G 5), celle du salon de réunion n'est achevée qu'en 1881. À cette date, la galerie-promenoir reliant les deux pavillons était en revanche toujours « en projet » (AD Haute-Garonne, 5 M 48-3, novembre 1881). Le reste de l'édifice n'a quant à lui jamais été construit.
Le rachat par la commune de l'établissement thermal concurrent aux héritiers de Pierre Dargut, au tout début des années 1880, a permis l'élaboration d'un projet encore plus ambitieux (AD Haute-Garonne, 5 M 48-3, octobre 1881). Ainsi, cest l'architecte Terrade de Saint-Gaudens qui est finalement l'auteur de la reconstruction de l'établissement thermal communal. Dans le projet qu'il dresse en 1882, il envisage de placer les réservoirs et la chaudière dans les ailes en retour sur l'arrière de l'édifice, mais après l'examen du projet par le Conseil des Bâtiments civils, ces éléments sont évacués de l'établissement thermal pour être abrités dans un bâtiment spécifique édifié dans le prolongement de la buvette (AD Haute-Garonne, 5 M 48-3, 1882). C'est également suite à l'expertise du Conseil des bâtiments civils que l'architecte modifie le traitement de la façade du pavillon central en donnant plus de hauteur à la baie et en plaçant deux colonnes de style dorique en partie basse. La date d'achèvement des travaux de construction de l'établissement thermal n'est pas connue mais un document lié à la gestion des abonnements suggère qu'ils étaient terminés en 1887 (AM Encausse, 5 M 1, 1887).
L'édifice est partiellement reconstruit en 1904 suite à un incendie qui a détruit l'aile gauche et légèrement endommagé le pavillon central (AD Haute-Garonne, 2 O 167-6, 1904).
En 1929, le fronton du pavillon central est orné d'un bas-relief représentant deux nymphes. Ce décor sculpté a été réalisé par le Haut-Garonnais Guillaume Ardignac qui a signé et daté son uvre sous les pieds de la nymphe située au nord du fronton.
Le décor des verrières composées de trois panneaux de verre sablé, qui viennent fermer les arcs en plein cintre des frontons du pavillon central, s'éloigne nettement de celui du bas-relief puisqu'il se compose d'un jet d'eau et de bulles de style Art déco. Il est possible que ces verrières aient été installées à la fin des années 1940 lors de la campagne de modernisation de la station réalisée par la Compagnie thermale de la Haute-Garonne.
Au cours des années 1970 ou 1980, une piscine a été créée à l'arrière de l'établissement thermal dans le cadre de sa transformation en centre de vacances par la Mutuelle Générale des Personnels des Organismes du service public de la Radiodiffusion - Télévision française (ORTF).
En 2004, la communauté de communes du canton d'Aspet rachète les thermes tandis que la buvette et que le parc avant des thermes demeurent propriété de la commune d'Encausse. Depuis 2011, suite à la réhabilitation et à la reconversion de l'ancien établissement thermal, l'édifice abrite les bureaux de l'association Pronomade(s) en Haute-Garonne ainsi que des espaces de vie destinés aux artistes accueillis en résidence (cuisine et salon).
