Ванный домик был возведен в 1790-х годах. Известно, что в 1793 году имение купил Ф.Г. Орлов, после смерти которого, в 1796 году, владение досталось его племяннице А.А. Орловой-Чесменской, опекуном которой был А.Г. Орлов.

На эти годы и пришлось строительство в глубине оврага над Елизаветинским (Екатеринским) прудом небольшого сооружения - Ванного домика. Это был павильон, выполненный в классическом стиле, с высоким куполом и террасой, в передней части террасы купол опирался на колонны тосканского ордера. Павильон поставлен на террасу, окружающая ее полукруглая лестница спускается к воде. Боковые части главного фасада, выходящего на пруд, декорированы огромными полуциркульными окнами с частыми переплетами.

Пруд был проточным и имел сток в Москву-реку. До настоящего времени, сквозь свайную систему Ванного домика фильтруется значительный объем грунтовых вод.

По некоторым данным, одно время домик служил купальней для царствующих особ. Здесь были роскошные мраморные ванны, которые наполнялись минеральной водой из целебных источников, дно самого пруда тоже было выложено мрамором.

С начала XX века в Ванном домике располагалось кафе "Поплавок", а затем столовая для посетителей ЦПКиО.

Медленное увядание некогда прекрасного павильона началось с 1960-х, когда в здании случился первый пожар. Тогда были утрачены чудесные оконные переплеты и появились решетки.

В конце 1970-х оконные проемы и проемы двух из трех дверей уже были заложены кирпичом, крыша домика восстановлена, над крыльцом возведен купол, колонны еще не закрыты. К концу 1980-х колонны закрыли металлическими листами.

Одно время место облюбовали "моржи", использовавшие домик и старинный грот по соседству как раздевалку.

После последнего пожара, произошедшего в 2003 году, частично обрушились колонны, сгорели купол парадного фасада, стропила кровли и внутренние перегородки. Был поврежден белокаменный карниз. Здание обшито железными листами и выкрашено в зеленый цвет и в таком виде находится уже более десяти лет. В нем трудно узнать некогда очень изящный парковый павильон.

Вопрос о реставрации не раз поднимался, но специалисты опасаются браться за этот объект из-за очень сложной гидрогеологической ситуации. Близ домика из склонов оврага бьет около 30 ключей. В домике была старинная дренажная система из керамических труб, но ныне она нарушена, стены "подсасывают" влагу из почвы, дом трескается и постепенно накреняется.

Ванный домик является объектом культурного наследия федерального значения.