Das Gebiet des heutigen Südwestdeutschlands wurde seit dem Jahr 15 v. Chr. in mehreren Etappen bis 150 n. Chr. in das römische Weltreich eingegliedert. Unter den Römern entwickelte sich das Land zu einer blühenden Kulturlandschaft mit Siedlungen, Verwaltungsmittelpunkten, Handel und einem gut ausgebauten Straßennetz. Das römische Militär brachte auch ein weit entwickeltes Badewesen mit und aus Thermalquellen, die schon in keltischer Zeit genutzt wurden, entstanden Kur- und Heilbäder. Den Kurerfolg garantierten für die Entspannung und Heilung Suchenden nicht etwa Badeärzte, sondern die Quellgottheiten, denen die Bäder geweiht waren. In Badenweiler war dies die Göttin des Schwarzwaldes, Diana Abnoba.
Die Badenweiler Thermen in attraktiver Hanglage haben eine sehr komplexe Baugeschichte, mindesten sechs Bauphasen sind nachgewiesen. Zunächst gab es in der ersten Hälfte des 1. Jahrhunderts n. Chr. einen kleinen Bau mit zwei Badebecken an deren Umgängen in Wandnischen Duschen und Wannen eingebaut waren. Zwei große Auskleideräume flankierten die Becken. Im Lauf der Zeit erweiterte man dieses erste Badhaus, behielt jedoch seine achsensymmetrische Ausrichtung bei. Hinzu kamen zwei weitere Badebecken, Empfangs- und Umkleidräume, Schwitzräume mit Kaltwasserbecken und steinumfriedete Terrassen.
Mit dem Ende des Römerreiches um 260 n. Chr. im heutigen Südwesten Deutschlands endete auch deren ausgeprägte Badekultur. Dort wo heißes Wasser aus Quellen sprudelte, also nicht das eher komplizierte römische Heizsystem gebraucht wurde, wurde in gewissem Umfang die Badeanlagen von der germanischen Bevölkerung weiter genutzt. Auch in Badenweiler gibt es alamannische Funde, die darüber Zeugnis ablegen. Im Mittelalter wurden einige Thermen restauriert und Heilquellen weiter genutzt.
Der aufgeklärten Haltung des Markgrafen Karl Friedrich von Baden ist es zu verdanken, dass im 18. Jahrhundert die Römerbadruine in Badenweiler freigelegt, geschützt und bis in unsere Zeit gerettet werden konnte. Durch Zufall hatten Arbeiter im Jahr 1784 bei Grabungsarbeiten ein „Gewölb“ gefunden. Der Markgraf stellte 10000 Gulden für die Ausgrabungen an diesem seit langer Zeit als Steinbruch genutzten Gelände zur Verfügung und ergraben wurde eine archäologische Sensation: Die größte und am besten erhaltene Ruine eines römischen Gebäudes auf der rechten Seite des Rheins.
Karl Friedrich von Baden ließ die Ruine auch schützen: durch eine Überdachung, vorsichtige Grabungsarbeiten und durch Bewachung, damit die Funde wie Münzen, Medaillen und Schmuck bewahrt blieben. Während der Koalitionskriege gegen Frankreich an der Wende zum 19. Jahrhundert nahm die Ruine größeren Schad en, als in ihr 300 Pferde untergebracht waren. Seit dem Beginn des denkmalliebenden 19. Jahrhunderts gab es Pläne, in Badenweiler in der Nähe der Ruine ein neues Bad zu erbauen. Ein solches wurde 1875 eingeweiht, das klassizistische Marmorbad im pompejanischen Stil lockte ein ausgewähltes Publikum an.
Weitere Bauten folgten in den nächsten Jahrzehnten. 1994 wurde die Cassiopeia-Therme im Untergeschoss des historischen Marmorbades eingeweiht, bei deren Bauarbeiten an der Südseite der Römerbadruine Arbeiter auf den intakten Thermalwasserkanal aus der Römerzeit stießen. Im Jahr 2001 konnte man ein elegantes und gleichzeitig zweckmäßiges Schutzdach aus Stahl und Glas einweihen, da seitdem die Badruine vor zerstörerischen Witterungseinflüssen schützt.