Face à l'insuffisance des salles de jeux de la ville, le maire Charles Tron réserve dans les années 1860 un terrain formant un triangle entre l'allée d'Etigny et la rivière de la Pique pour y construire un casino. Edmond Chambert fait plusieurs propositions dans les années 1860 mais le programme du concours n'est publié qu'en 1872. Celui-ci, critiqué par le Moniteur des Architectes, s'avère effectivement biaisé car Edward Menuel, reçu premier devant un jury parisien, est finalement remplacé par le conseil municipal par Raymond Castex, architecte de la ville, qui n'avait reçu qu'une mention honorable, associé à l'architecte Lhomme. Pendant la décennie des années 1870 c'est un poncif de la presse de déplorer l'absence d'un casino à Luchon. Edifié finalement entre 1878 et 1880, le casino de Luchon reprenait les dispositions générales d'un des projets dessinés par Edmond Chambert dans les années 1860 : un plan en T articule sur une longue galerie de façade ponctuée de pavillons, une salle de spectacle disposée en profondeur qui devait constituer le principal pôle d'attraction de l'établissement. Ce plan général est inspiré par le parti adopté au cercle d'Aix (dessiné en 1847 par Pellegrini). Cet édifice, bâti en brique-pierre dans un style historiciste classique, fut agrandi une première fois autour de 1895, pour aménager une salle de concert. Deux corps en rez-de-chaussée ont alors été ajoutés à l'arrière de chacune des ailes latérales du casino. Pierre Marre, peintre décorateur toulousain, a décoré ces nouvelles pièces, connues par une photographie d'Amélie Galup (APGLP00595). Puis, entre 1909 et1921, un corps orné de verrières Gesta a été ajouté au nord-ouest. Enfin en 1929 l'architecte Henri Martin a agrandi l'édifice côté façade au moyen d'un corps en béton à la coloration Art Déco. Le perron est à cette époque remonté devant la mairie.
A l'intérieur, le bâtiment a été plusieurs fois modifié et remis au goût du jour. L'ameublement primitif du casino était dû à la maison Deschandéliers, 265 rue Saint-Honoré, maison de tapissiers décorateurs qui a équipé d'autres grands édifices de l'époque. Dans son parti originel, le rez-de-chaussée abritait un grand vestibule extérieur qui desservait les salons de lecture et de conversation ainsi que le restaurant. Au premier étage se trouvaient une bibliothèque, un billard, un salon de jeu, un vaste salon de réception dit salon tunisien ainsi que, dans deux salles, le musée où était notamment présenté le plan en relief des Pyrénées luchonnaises de T. Lézat. Les collections du naturaliste Nérée Boubée et de M. Corneille, réunies jusque-là dans la villa Gipsy (actuelle villa Corneille) formaient une partie des collections. Une salle d'arme a été installée en 1882 "dans les dépendances du casino" c'est-à-dire dans le soubassement.
Sont conservés dans un état proche de l'état d'origine le grand escalier, la salle de spectacle, la véranda avec vitraux de Gesta au rez-de-chaussée et le salon tunisien.
Le musée est resté installé dans le casino jusqu'à la Grande Guerre : l'édifice fut réquisitionné pendant le conflit et le musée, délaissé, fut alors largement pillé. Dès 1915, un service de physiothérapie est installé dans le casino qui reçoit également, fin 1915, 300 lits permettant de libérer les hôtels qui accueillaient jusque-là les malades. Recevant des blessés ordinaires, la station de Luchon a été prescrite en juin 1915 pour le traitement thermal des militaires. Cette vocation du casino se poursuit jusqu'en mars 1917 où tout est rassemblé dans l'hôtel du casino.
Autour du casino, sont également préservés le parc dessiné par Chevalier autour d'une pièce d'eau serpentine avec grotte artificielle, les deux pavillons d'entrée classicisants sur l'allée des Bains, le " pavillon normand " conçu dans l'un des styles néo-régionalistes en vogue au début du 20e siècle.
Sous la direction de René Jeux, à partir de 1955, le casino connaît une série de réaménagements internes (modernisation du théâtre) et le jeu de la roulette est introduit.
