Павильон «Холодная баня» занимает центральное место в Термах Камерона. Макет этого павильона был закончен в 1780 г., в том же году начали его строительство.
Архитектурное решение комплекса основывается на контрасте этажей и полностью соответствует древнеримскому стилю, который сочетает в себе строгость геометрических линий и великолепную декоративную отделку. Для строительства цоколя были использованы блоки пористого грубо обработанного пудостского камня, благодаря которому создается эффект налета времени, иллюзия подлинной античности.
На первом этаже павильона расположены помещения для купания; на втором этаже –комнаты для развлечений и отдыха с характерным античным убранством. Между цокольным и вторым этажом проходит сильно выдающийся карниз. В длинной северо-восточной стене прорезаны полуциркульные окна, в торцах здания выполнены арки прямоугольной формы.
Отделка второго этажа отличается от оформления цоколя изящностью и легкостью. Стены второго этажа имеют светло-желтый цвет и украшены нишами со скульптурами. Ниши выполнены в терракотовом цвете, что выделяет их на светлом фоне стен. Верхний край стен украшают барельефы на мифологические темы.
Юго-западный, парадный фасад павильона выходит на сводчатую террасу, которая опирается на кирпичные столбы. Терраса выполняет роль основания Висячего сада и связывает Большой Царскосельский дворец и ансамбль Камерона. Если смотреть на павильон со стороны Камероновой галереи и Висячего сада, то его верхний этаж смотрится как совершенно самостоятельное одноэтажное здание. Главный фасад отличается от других фасадов наличием таких же колонн, как на Камероновой галерее, что говорит о единстве этих сооружений.
Камерона пронизывал дух искусства античных времен. Это нашло свое отражение в роскошном убранстве фасадов, внутренней планировке здания «Холодной бани». В убранстве овальных и многоугольных залов также отразились традиций древнеримского искусства. Перекрывающие помещения своды украшает рельефная скульптура, лепные узоры, живопись.
Отделка интерьеров павильона до настоящего времени сохранила свой первоначальный вид. Сегодня первый этаж используется для устройства временных экспозиций.
Несмотря на то, что в Древнем Риме горячей бани никогда не было, в ансамбле Камерона присутствует этот неотъемлемый элемент русской традиции (русская парная). Это помещение небольших размеров имеет деревянный потолок, дощатый пол и обшитые деревом стены. Над этим сооружением работал архитектор И.В. Неелов, поскольку голландский мастер не обладал опытом проектирования русских бань. Порядок процедур в Термах Камерона строился по древнеримской традиции снижения температуры при переходе из одного помещения в другое: от парной – к купальному залу.
Самым светлым и просторным помещением является купальный зал. Первый проект этого зала императрицей был отклонен. По первоначальному плану предполагалась отделка искусственным мрамором стен, золотые лепные украшения, роспись орнаментом, пол, вымощенный разноцветным мрамором. Над бассейном предполагалось установить балдахин на фаянсовых колоннах с позолоченными бронзовыми орлами. От первоначального замысла архитектора остались только украшение зала рельефами на мифологическую тематику. Пол выложили дубовым паркетом. А стены помимо рельефов ничем не были украшены.
Круглый бассейн в 13 кубометров окружала деревянная балюстрада. Стены бассейна были выложены из кирпича, а внутри была установлена оловянная ванна. В зале располагался мраморный камин, декорированный позолоченной бронзой.
Купальный зал соединен с ванной комнатой, которая предназначена для теплого купания. Стены ее просто окрашены, единственное их украшение – рамки, одна расположенная внутри другой, интересно делящие поверхность стен. Над дверьми располагался декоративный портик, а над портиком – декоративные лепные вазы.
Далее располагался Угловой кабинет, представлявший собой в плане квадратное помещение с полуциркульной нишей. Это помещение использовали для массажных процедур. Кабинет был украшен колоннами из мрамора с коринфскими капителями и лепными медальонами с мифологическими композициями.