Още през 1889 г. се провежда международен архитектурен конкурс за минерална баня с хотел, спечелен от австрийския архитект Емил фон Фьорстер. Едва започнал, строежът на хотела е спрян (1893 г.) поради недостиг на средства. През 1904 г. се избистря идейният проект за комплекса в днешния му вид от архитектите Петко Момчилов и Фридрих Грюнангер. През 1906 г. столичният кмет сключва договор с П. Момчилов за изготвяне на работен проект за голяма и малка баня. Декоративните фасадни фризове с растителни и геометрични мотиви в актуалния за времето стил сецесион са от художника Харалампи Тачев (1908 г.). От двете страни на главния вход на сградата са поставени керамични изображения на Аполон Медикус – бог на здравето и на богиня Тюхе – покровителка на градовете. Изпълнението е по технология на проф. Стефан Димитров. Каменните пластики са дело на художника Георги Киселинчев.
Малката баня отваря врати през 1908 г., а голямата – с два плувни басейна, семейни вани, турско-римски бани – на 1 (13) май 1913 г.; в северното крило се открива водолечебен институт с водоналивни съоръжения (1914).
При бомбардировките на София (1944 г.) малката баня е съборена, а части от голямата са сериозно засегнати. След Втората световна война голямата баня е точно реставрирана и е обявена за паметник на културата от местно значение (в. Известия, бр. 73/1955). Поради амортизация през 1986 г. сградата е затворена за посетители и напълно изоставена след 1989 г.
От 1996 г. Столична община ремонтира покрива и приема да започне възстановяване на сградата със собствени средства като единствен начин за спасяването й, а в бъдеще – да съчетае функциите на представителна приемна на Общината с Музей на София, който се нуждае от пространства за постоянна експозиция. През 1998 г. сградата е обявена за архитектурно-строителен и художествен паметник на културата от национално значение (ДВ. бр. 25/ 1988 г.). Същата година Столична община провежда национален конкурс за проект за „Адаптация на общинска минерална баня за Музей на София с активно присъствие на минерална вода", спечелен от колектив с ръководител арх. Станислав Константинов. Първият етап се реконструира по програмата „Красива България" (2004 г.) – фасади, многоцветна майолика по оригиналните рецепти и калъпи; изгражда се водоналивен възел за безплатен достъп до минералната вода в квартала между ул. «Екзарх Йосиф», «Искър» и «Сердика». През 2006 г. Столичният общински съвет решава да се изгради SPA център за сметка на одобрения втори етап от музейната част, вкл. двата плувни басейна. За музея остават помещенията по западния и южния фронт на сградата, централното фоайе и два от четирите вътрешни двора (обща разгъната площ ~7000 кв. м.). Последният етап на консервация, реставрация и адаптация на сградата се реализира с финансиране по Oперативната програма на ЕК и МРРБ "Регионално развитие" 2007-2013.
Забележителният образ на Централните общински минерални бани впечатлява с мощната многопланова композиция, сложните обеми на покривното покритие, с богатата фасадна сецесионова декорация. Заедно с градината пред тях и прилежащите исторически сгради от различни епохи тя образува уникален живописен ансамбъл. Връзката с разширените в близост археологически разкопки е важна за облика на историческия център на столицата и много подходяща за отредената роля на сградата като Музей за историята на София.
