Vers 250 avant J.C., un peuple celte, les " Parisi ", s'installent sur l’île de la cité et fondent Lutèce. Placée sur plusieurs axes commerciaux importants, la ville connaît un essor rapide. Au début de 52, quelques mois avant Gergovie et Alésia, Labienus - le lieutenant de César - y bat le chef gaulois Camulogène au terme d'une lutte acharnée.

Pour éviter de laisser leur ville tomber aux mains des Romains, les Parisi l'incendie. Pourtant avec la fin de la Guerre des Gaules, la romanisation est en marche. Une période de calme et de prospérité de trois siècles s'ouvre : c'est la paix romaine. Lutèce devient cité gallo-romaine. Ses quelques milliers d'habitants bâtissent une ville qui comprend l’île de la cité et un triangle allant de l'actuelle montagne Sainte Genevieve à la Seine.

L'organisation romaine laisse peu de traces : des axes (les voies St Michel, St Jacques sont alors fixées), les arènes (IIe siècle) et surtout les thermes (qui datent sans doute de la fin du premier siècle).

Caractéristiques des villes romaines, les thermes dits aujourd’hui " de Cluny " sont les troisièmes à Lutèce. Un premier complexe, les thermes du Sud, de taille modeste, étaient situés à proximité du Forum (actuellement rue Gay Lussac). Un second; les thermes de l'Est à l'emplacement aujourd'hui occupé par le collège de France. Enfin, les thermes du Nord appelés aujourd'hui thermes de Cluny.

Ce groupe thermal, le plus vaste de Lutèce, s'étend sur au moins 100m x 65m. Si plus rien n'apparaît à présent des deux premiers ensembles, les thermes du Nord n’en revêtent que plus d’importance: leur état de conservation exceptionnel constitue le principal témoignage Gallo-romain à Paris.

Une telle densité s'explique parce que bien au-delà de simples bains publics répondant aux impératifs de l'hygiène et de la relaxation, les thermes sont un lieu de socialisation où se côtoient toutes les classes de la société. C’est dans ce cadre somptueusement paré de marbres, de fresques, de mosaïques et de statues, que s'opérait par les usages communs la véritable " romanisation " des divers peuples agrégés par l’Empire.

Construits sur les bases d’un plan qui varie peu d’un bout à l’autre de l’Empire, les thermes répondent d’abord à des contraintes fonctionnelles et climatiques. En rez de chaussée de la façade Nord, deux grandes salles rectangulaires symétriques (dont seules subsistent au Sud les arcatures aveugles et quelques arrachements des voûtes) faisaient fonction de palestres. On y pratiquait la gymnastique afin d'échauffer le corps et de provoquer la sudation. Puis l’on gagnait pour un instant une salle autrefois considérée comme le tepidarium, ou salle tiède, plus probablement une salle chaude puis froidedans un second temps. Cette vaste pièce carrée établie à l'Ouest (actuellement en contrebas du bd St Michel - et dont la voûte ainsi que le mur Ouest font défaut). L'espace était cette fois chauffé par un système d'hypocauste et préparait ainsi le corps à l'opération essentielle du bain chaud, destinée à l'élimination maximale des impuretés. Ceci s'effectuait dans la salle voisine, le caldarium; logiquement bâti au Sud-Ouest du complexe (angle du bd St Michel et de la rue du Sommerard).

Après une transition, on se dirigeait vers la salle froide (frigidarium). Cette vaste pièce à voûtes d'arêtes retombant sur des consoles est actuellement la mieux conservée de tout le complexe et sans doute parmi les constructions de ce genre dans l'ensemble du Monde antique. Située au Nord et éclairée par de larges baies puisque la fraîcheur devait y être constamment maintenue, elle est pourvue d'une unique et vaste piscine où l'on se plongeait pour espérer le resserrement de la peau au terme du parcours.

A ces espaces principaux s'adjoignaient plusieurs salles de réunion disposées en enfilades Ouest-Est à la suite du caldarium et prolongeant son hypocauste (elles correspondent aujourd'hui aux salles du musée allant rejoindre la cour d'entrée). Enfin les pièces non chauffées (frigidarium, palestres) comportaient un étage souterrain très bien conservé constitué de caves qui correspondaient à la fois aux impératifs de l'implantation à flanc de colline et aux besoins du service (chauffage, lingerie,...).

On ne sait pas si, lorsqu’au cours du haut Moyen Age, Lutèce devient Paris, les thermes sont toujours utilisés comme tels. Du Moyen-Age jusqu'à nos jours, c’est sans doute la réutilisation presque continue de l'édifice qui serait la cause principale de sa bonne conservation. Ainsi, lorsqu'à la fin du XVe siècle, les abbés de Cluny font édifier à proximité leur somptueux hôtel, ils utilisent les ruines attenantes comme dépendances. et leur toiture comme jardin fruitier

Enfin en 1843, la création du musée du Moyen-Age réunissant l’hôtel médiéval et les ruines romaines, entraînait les indispensables réfections destinées à la mise en valeur du monument tel qu'il apparaît désormais.