Plombières est une cité thermale marquée par 2000 ans d’histoire.

Elle fut, dès le Ve siècle av. J.-C., le lieu d’un habitat celte. Ce sont les Romains qui, lors de la conquête des Gaules, y découvrirent des sources d’eaux chaudes et fondèrent la station. Les légions du lieutenant de César, Labienus, qui se dirigeaient vers le nord via l’actuelle Franche-Comté, en -51, se sont arrêtées à proximité de Plombières. La légende raconte qu’un soldat, à la recherche de son chien, le découvrit tout fumant de vapeurs d’eau chaude. Les Romains se sont ainsi intéressés à découvrir les dites sources chaudes et sont descendus dans la vallée afin d’y entreprendre de gigantesques travaux semblant être à la base de la technique de captage et du transport des eaux thermales. Afin de capter les sources, ils détournèrent la rivière l’Augronne et jetèrent sur les zones d’émergence des sources un immense « radier » de béton dans lequel ils aménagèrent des sortes de puits (cheminées) pour faire remonter l’eau dans la piscine.

Les Romains édifièrent ensuite leurs constructions balnéaires afin de profiter pleinement des bienfaits du thermalisme. Ils y installèrent une piscine d’eau thermale chaude pour les soldats romains, des blessés de guerre venus des limes sur le Rhin. La station fut malmenée lors des invasions barbares, mais renaît à partir du Moyen Âge.