Si tratta dello stabilimento più antico, in origine costituito da una costruzione semplice contenente due bagni (uno per le donne e l’altro per gli uomini), nei quali l’acqua affluiva direttamente dalla sorgente che sgorgava da un punto del monte. Nel 1291 la Repubblica lucchese autorizza la costruzione di albergarie per i poveri. Probabilmente questa fonte si trovava in posizione sopraelevata rispetto alle due vasche ed il perimetro dell’antico bagno si può individuare nella porzione dell’attuale stabilimento che comprende la cosiddetta antigrotta e altre due sale oggi adibite al riposo. L’ingresso allo stabilimento era sopraelevato rispetto a quello attuale, difatti il piano della strada fu abbassato all’epoca dei Baciocchi quando Elisa decise di ingrandire lo stabilimento. Va ricordato che il primo Casinò fu aperto proprio ai Bagni Caldi, sopra le terme, tanta era l’affluenza di villeggianti stranieri. Molti infatti si recavano ai Bagni per passar le acque. Agli inizi del secolo XVI lo stabilimento fu ingrandito con l’utilizzo di grotte e docce riconosciute particolarmente efficaci. Il metodo consisteva nel far cadere da una certa altezza l’acqua termale, incanalata in un serbatoio dal quale partivano dei condotti minori, sulla parte malata, in modo da essere a lungo colpita e massaggiata dall’acqua. Fino alla metà del secolo XVI la sorgente usata era solo quella del Doccione che è anche la più calda, mentre a metà Ottocento fu scoperta un’altra fonte detta il Fontino che venne incanalata per alimentare alcuni bagnetti sotterranei per i poveri e che oggi alimenta la piccola grotta. La temperatura dell’aria all’interno della grotta naturale ai Bagni Caldi è di 45° C. L’acqua del Doccione scaturisce, con altre sorgenti minori (Fontino, S. Lucia, Orecchiaia), sul fondo di un antro naturale esistente, dal quale si aprono due grotte saturate dal vapore caldo che si sprigiona dalle acque e che vengono, quindi, utilizzate come grotte inalatorie o come saune naturali. Inoltre le sorgenti depositano abbondanti poltiglie di natura arsenicate ferruginosa, che sono raccolte in appositi bacini e utilizzate per fanghi. Georg Christoph Martini nel suo Viaggio in Toscana (1725-1745) così descrive il bagno:

“Il primo e più antico bagno, situato a settentrione viene detto bagno caldo perchè è il più caldo di tutti. È diviso in tre locali non molto puliti e soffittati a volta con piccole cupole per consentire la uscita dei vapori. Nella prima stanza si bagnano gli uomini; vicino c’è una grotta profonda da 5 o 6 braccia dalla volta in parte naturale ed in parte artificiale, dalle cui rocce l’acqua calda cade goccia a goccia. Il calore vi è quasi insopportabile. Accanto c’è il bagno delle donne e nella terza stanza i bagni chiamati Docce. Da un deposito di pietra che corre lungo la parete d’acqua calda esce per diverse aperture e con delle tubazioni di legno viene condotta a cadere a pioggia sulle parti sofferenti. Nella stessa stanza c’è anche un piccolo bagno che fu fatto costruire per il Conte di Bamberg.”

Agli inizi del secolo XIX lo stabilimento fu radicalmente rinnovato come oggi lo vediamo. Elisa Baciocchi ordinò l’allargamento con l’abbattimento di alcuni vecchi edifici e con i lavori eseguiti dall’architetto Lazzarini. Fu in questi nuovi ambienti che, nel 1837, girò per la prima volta la pallina della roulette, prima dell’inaugurazione, avvenuta nel 1839, del Casinò a Ponte a Serraglio. Con Elisa si conferisce ai Bagni Caldi i connotati di centro di cura e di luogo dotato di attrezzature per il turismo. Maria Adriana Giusti nel suo saggio Ipotesi ed occasioni di sviluppo della città termale di Bagni di Lucca ben coglie il filo conduttore delle ristrutturazioni Baciocchiane: creare l’idea-immagine di città di villeggiatura come luogo privilegiato, in cui salubrità e divertimento fossero risolti nel rapporto con la natura. Nel 1922 l’industriale francese Jean Varraud attivò la Grotta piccola. Dal dopoguerra ad oggi non ci sono stati particolari cambiamenti di rilievo. Oggi questo stabilimento sta tornando al suo antico splendore con nuovi restauri e nuovi servizi offerti. Qui le terme sono aperte per la maggior parte dell’anno ed è possibile effettuare cicli di cure in convenzione con il Servizio Sanitario Nazionale oltre che trattamenti estetici d’avanguardia. Vi sono due grotte a vapore naturale: la Grotta Grande e la Grotta Paolina (quest’ultima alimentata dalla sorgente il Fontino) così chiamata in onore della sorella di Napoleone che soggiornò diverse volte ai Bagni. Negli stabilimenti Jean Varraud e Casa Boccella si effettuano bagni ad immersione, la fangoterapia, la grotta naturale a vapore e le inalazioni.