Ses lettres de noblesse remontent au temps des romains qui développèrent la ville, alors appelée ILIXON (déesse des eaux), et creusèrent les premières piscines thermales. Ilixo, dieu des sources, donne son nom à la vallée de Luxon ou Luchon. Le bourg né auprès des sources était quant à lui appelé Bagnères, de balnearia,balnearium (bains, baigneries). Plus tard, le nom associant Bagnères de Luchon fut d'usage pour désigner la ville elle-même de Bagnères en pays de Luchon.
Quatre sources différentes étaient exploitées durant l'antiquité, notamment grâce à l'aménagement d'une grotte. Les bains proprement dits se composaient de trois piscines superposées alimentées par des bassins, plus modestes qui servaient peut-être à refroidir les eaux.