La tradition orale rapporte que les eaux thermales de Loudenvielle sont connues depuis l'Antiquité. Deux autels votifs auraient été découverts le 4 septembre 1878 à proximité de la source (AD Haute-Garonne, 7687 W 41, 1957).

L'exploitation thermale à Loudenvielle est attestée au milieu du 19e siècle. Pendant cette période il existait en effet « un établissement d'eau minérale sulfureuse comprenant trois baignoires » (Cité par Lapeyre, 1985). À la fin des années 1870 les eaux sont toujours exploitées, mais « d'une manière vraiment primitive ». « Une petite baraque, couverte en planche et n’'occupant pas la superficie d'un are, renferme trois baignoires en bois, - sortes de longues caisses enfoncées dans le sol, - et un petit recoin où l'on recueille l'eau thermale dans un trou pour la faire chauffer ensuite dans un chaudron » (Sacaze, 1878, p. 3).

Si les eaux thermales de Loudenvielle font l'objet d'une analyse chimique en 1877, leur exploitation n'est pas encore officiellement autorisée par l'’État (Eaux minérales…, 1878, p. 65). La source qui est alors exploitée appartient par indivis aux communes de Génos, de Loudenvielle et d’'Armanteule. Alors qu’'en 1877 un projet de concession de longue durée est envisagée avec un industriel parisien ayant pour ambition de développer l'activité thermale, l'exploitation est finalement concédée en 1878 à un certain M. de Bourseti « qui se propose de créer un bel établissement et d'’y attirer de nombreux baigneurs » (AD Haute-Garonne, 7687 W 41, 1877 ; Sacaze, 1878, p. 3). Ce projet d'amélioration des infrastructures n'’a toutefois pas abouti et l'établissement de bains est resté « peu fréquenté » (Joanne, 1882, p. 191). Toutefois comme l’'affirme l’'instituteur du village en 1887, celui-ci est visité par les gens du pays : « ces eaux, connues dans nos vallées seulement, sont très fréquentées par les habitant du lieu », « beaucoup de malheureux leur doivent les uns la guérison, les autres le soulagement » (AD Hautes-Pyrénées, T 384, Bazerque, 1887).

Il faut attendre le début des années 1920 pour que de véritables travaux soient réalisés. Un petit établissement de bains est en effet construit en 1923 par le groupement des trois communes propriétaires (7687 W 41, 1957). Il s'agit d'un édifice simple, ressemblant à une bergerie, qui abrite quatre baignoires en marbre provenant d'un établissement thermal de Cauterets.

En 1931, le petit établissement thermal a accueilli cent-cinquante malades, l’'année suivante le nouvel exploitant déclare en avoir reçu le double (7687 W 41, 1931 ; 1932).

En 1956 après une longue période d'’inactivité, les communes copropriétaires décident de relancer l'exploitation thermale en sollicitant auprès du service des Mines l'établissement d'un nouveau captage. Toutefois, en raison du manque de moyens financiers de la commune d'Armenteule ce projet est temporairement abandonné. La municipalité de cette commune cède alors sa part d’'indivision aux communes de Loudenvielle et de Génos en 1967, qui crée un Syndicat intercommunal pour la recherche, l'aménagement et l'exploitation des sources thermales. Les premiers travaux de recaptage des sources sont réalisés entre 1969 et 1971 (7687 W 41, 1975). L'exploitation de la Source supérieure, utilisée pendant l'entre-deux-guerres, est autorisée par arrêté ministériel le 24 décembre 1985.