Les eaux d'Encausse sont en parties décrites dès la fin du 16e siècle par Louis Guyon Dolois, médecin à Uzerches qui publie un "discours des deux fontaines médicinales du bourg d'Encausse, en Gascogne, à 14 lieues de Toulouse", édité en 1595. Dolois y avait mené Dame Jehanne Germaine d'Espagne, épouse de messire Henry de Noailles. Dolois précise que ces eaux d'Encausse n'étaient pas connues depuis longtemps, essentiellement depuis la guérison en 1576 d'un homme atteint d'oedeme qui se serait immergé en hiver dans le bourbier d'Encausse pour se réchauffer mais en aurait été guéri. Demeurant à Montréal, Britannus, le médecin de cet homme, informé de sa guérison exploite alors cette eau à distance pendant dix ans, en la faisant mettre en bouteille discrètement. Il finit par recommander à un protonotaire de se rendre à Encausse ce qui révèle l'intérêt propre du site. Pour séparer les eaux de la fange les habitants aménagent les lieux par des murets et des "goulets de pierre", profitant des douze écus donnés par le protonotaire ce qui procura alors une certaine renommé au lieu "non seulement dans ce royaume, mais hors". Guyon identifie alors deux fontaines , l'une du Midy, chaude et soufrée l'autre dite du Levant, tiède et moins soufrée. Elles sont favorables aux traitements des gales, gratelles, dartres, ulcères, goutes et ne nuisent pas à l'estomac ou au coeur. Les médecins locaux, concurrencés par ces eaux, auraient tenté d'empêcher leur publication pour éteindre cette renommée naissante. Guyon précise qu'il faut boire ces eaux deux ou trois heures après minuit, où elles sont les plus chaudes et efficace. Après avoir bu, il faut se promener "violement au contraire de celles de Pougues" car si l'on se repose après l'ingestion, elles font peu d'effet. Guyon cite des exemples de guérison de malades provenant de Toulouse, Bordeaux, Cahors, Moissac ou Rodez, d'Auvergne ce qui montre une renommée déjà assez large du site. L'auteur explique également qu'il est possible de transporter l'eau en bouteilles pour les malades ne pouvant se déplacer ; elles se conservent au moins un an. Les boues thermales sont également transportées, dans des paniers d'osier.

L’exploitation des eaux minérales d’Encausse démarre néanmoins véritablement dans le dernier quart du 18e siècle, lorsque la municipalité fait édifier le premier établissement des bains. L’insalubrité de ce bâtiment est dénoncée dès les premières années du 19e siècle, et jusqu'’à sa reconstruction dans les années 1820.

Dans les premières décennies du 19e siècle, les baigneurs sont logés chez l’habitant ainsi qu’à l’Auberge des Marronniers qui existait déjà en 1835. Il faut attendre la fin des années 1840 pour que soit construit le premier hôtel (Hôtel de Londres). Le modeste établissement communal est concurrencé à partir de la fin des années 1850 par un établissement de bains privé, situé à seulement quelques dizaines de mètres (Établissement thermal Dargut). En plus de posséder des cabines de bains et de douches, celui-ci est aussi doté d'’une buvette, d’'un café, d’'un hôtel et d’'un jardin.

C’est dans ce contexte que la municipalité entreprend la reconstruction de son établissement thermal. Toutefois, du fait de ses faibles capacités financières et de la nécessité d’a'cquérir les terrains avoisinants, le projet ne se concrétise véritablement qu’'à partir du début des années 1870. Si la nouvelle buvette est édifiée en 1874, l'’établissement thermal n'’est construit qu’'au début des années 1880. Suite à ces travaux, un jardin est aménagé à l'avant et à l'’arrière de l’'établissement des bains.

La seconde moitié du 19e siècle est marquée par la densification du bâti le long de la route de Saint-Gaudens, c’'est-à-dire à proximité immédiate des établissements thermaux. Les maisons situées face à ceux-ci ont ainsi été remplacées par des immeubles s’'élevant sur trois ou quatre niveaux, et servant à loger les curistes. C'’est donc pendant cette période que le quartier thermal d'’Encausse se structure véritablement, traduisant l’'essor de l'’activité thermale. À cet égard, l'’ouverture de la ligne de chemin de fer Toulouse-Bayonne en 1862 a contribué à augmenter la fréquentation des bains d'’Encausse. En effet, le tracé de cette ligne, qui passe par Tarbes, a permis de mieux desservir le département de la Haute-Garonne et ainsi de favoriser le développement du thermalisme pyrénéen. Du fait de l’'ouverture de cette ligne le trajet jusqu’à Encausse était facilité, les curistes pouvant désormais venir jusqu’à Saint-Gaudens en train, puis jusqu’'à Encausse en calèche, en cabriolet ou en omnibus.

En 1913, le médecin Saint-Martin fait exécuter, sur sa propriété dans le quartier Las Escarrère, un puits dit du "Pébé", profond, de 13,80 m où l'eau apparaît à 9,80 m. Il dépose une demande d'autorisation en 1913 qu'il renouvelle en 1947 mais l'académie de médecine juge qu'au vu de sa température et de sa minéralisation, il n'est pas possible d'autoriser la vente comme eau minérale celle provenant de ce forage dite "source Laveran". Entretemps il avait fait analyser en 1937 cette eau par M. Meyer, directeur du laboratoire municipal de Toulouse et procède en 1948 au forage définitif. A la demande de Saint-Martin, Louis Longuefosse, architecte à Saint-Gaudens, réalise au début des années 1950 un rapport pour tenter de localiser les deux sources citées en 1595 par Louys Guyon Dolois ; la fontaine du Midy serait la grande source Salomon, utilisée par l'établissement thermal. La fontaine du Levant, à 500 pas de la précédente correspondrait à la source Laveran. Malgré tous les rapports produits, seule la grande source Salomon reste autorisée et un avis défavorable est délivré à Saint-Martin (Bulletin de l'Académie de médecin, 1952).

À partir de la seconde moitié des années 1920, la station connaît une nouvelle période d'’épanouissement, suite à son classement parmi les stations pouvant accueillir les fonctionnaires coloniaux. Le plan d'aménagement, d'embellissement et d'extension (PAEE) est signé par Robert Armandary en 1930, soit un an après le décret érigeant la ville en station hydrominérale. Dix ans plus tard il n'est pas effectif (Talazac, 1939, p747-748) et ne semble pas avoir été réalisé. Toutefois, cet essor est de courte durée. Dès la fin des années 1940, les ressources hôtelières de la commune ont considérablement baissé, ce qui témoigne d'’un déclin de l’'activité thermale. En dépit des investissements réalisés à la fin de cette décennie par la Compagnie thermale de Haute-Garonne, qui a succédé à la Société thermale d’Encausse en 1936, l’'activité demeure modeste jusqu'’à la fermeture définitive de l’'établissement thermal à la fin des années 1960. L'eau de la grande source Salomon avait été autorisée par l'académie de médecine par une avis du 16 mai 1950.

Au début des années 1970, l’'ensemble thermal ainsi que l'’hôtel qui fait face à l'’établissement des bains sont rachetés par la Mutuelle Générale des Personnels des Organismes du service public de la Radiodiffusion - Télévision française (ORTF), qui y crée un centre de vacances. Après la fermeture de celui-ci à la fin des années 1990, les édifices demeurent à l’'abandon quelques années avant d'’être acquis en 2004 par la municipalité, avec l'aide du Conseil général de la Haute-Garonne. L'’établissement thermal et le bâtiment des machines font alors l’'objet de travaux de réhabilitation et de reconversion pour accueillir un Centre National des arts de la Rue et de l'’Espace Public, Pronomade(s) en Haute-Garonne, qui a ouvert en 2011.