Les thermes étaient déjà utilisées par les Grecs au 10^e avant J-C, avec un système de chauffage par le sol amélioré plus tard par les Romains. L’hypocauste, du grec hupokauston (brûler dessous), puis du latin hypocaustum (chauffé en dessous ou par le dessous), était un dispositif de plancher chauffant à circulation d’air à très forte inertie. Pour les Romains, qui se sont appropriés cette installation dès le 2^e siècle avant J-C, ce lieu servait au soin et à l’hygiène mais également aux relations sociales. Ces installations se sont généralisées à partir du 1^er siècle après J-C.

A la fin du 19^e siècle, les passionnés d’archéologie sénonaise soupçonnaient l’existence de thermes après la découverte de la façade d’un édifice thermal du 2^e siècle. En réalité, il y en avait plusieurs dont une salle mise à jour à l’endroit même où le public peut l’admirer dans les sous-sols des Musées de Sens, qui a d’ailleurs été construit autour de cet édifice en 1985. Il se situent sous l’ancienne prison, près du Palais synodal.

Aussi peut-on lire sur le panneau des Musées de Sens devant l’édifice :

« La baignoire et le voutain en briques, datant du III^e siècle ap. J-C., largement remaniés au IV^e siècle, ont livré un matériel intéressant qui est livré dans les vitrines alentour : de la céramique sigillée lisse et des fragments d’amphores datés du Ier siècle, confirmant l’implantation des vestiges actuels sur des fondations plus anciennes ; des fragments de céramique métallescentes (qui présente en surface des irisations métalliques aux reflets cuivrés ou argentés) du III^e siècle ; des petits objets en os dont une remarquable série de peignes du IV^e siècle, les uns formés d’une barrette centrale avec de part et d’autre une rangée de dents, les autres comportant qu’une seule rangée de dents, surmontée d’un élément triangulaire ; et enfin la céramique médiévale qui montre la permanence de l’occupation de ce site proche de la future cathédrale ».