Situat in partea cea mai joasa a coastei de vest a peninsulei orasului Nessebar, la nord-est de Biserica Baptista Sf. Ioan, Complexul de Bai Bizantine a luat nastere in secolul al VI-lea, in timpul domniei imparatului Iustinian I cel Mare (527-565).

Complexul a fost descoperit in timpul primelor sapaturi arheologice din perioada anilor 1973-1975, urmatoarele descoperiri avand loc intre anii 1998-2001. Aproximativ 2/3 din suprafata complexului de bai a fost studiata, printre care intrarea, sala centrala si un coridor, dar si 5 surse de apa calda – doua dintre ele fiind piscine semicirculare. Baile erau alimentate cu apa printr-un sistem de canalizare subteran, din partea vestica a cladirii. Cealalta treime a complexului de bai se afla ingropata sub strazile si casele construite in apropiere.

Peretii cladirii ating in unele locuri inaltimi de 3 m si sunt construiti in piatra si caramida, randurile acestora fiind in alternanta, acoperiti apoi cu dale de marmura. Se remarca aici holul central, destul de impunator, cu cele patru coloane masive de marmura care sprijina cupola in forma de cruce. Podeaua era si ea pavata cu marmura.

Baile au functionat pana la sfarsitul secolului al VIII-lea, cand au fost distruse de bulgarul Khan Krum, care a cucerit orasul Nessebar in anul 812. In secolul al IX-lea, baile au fost reconstruite si folosite in scop agricol, cand au fost ridicate case si terenurile au fost plantate, iar in holul central au fost amplasate cuptoare de var.

Conform izvoarelor scrise de catre cronicarul Teofan si patriarhul Nikiphorus, imparatul bizantin Constantin IV Pogonat a beneficiat de un tratament de vindecare a picioarelor in acest complex de bai, in anul 680.

Complexul de bai bizantine a fost partial conservat si restaurat.