Το Βυζαντινό Λουτρό βρίσκεται στις νότιες παρυφές της άνω πόλης, βορείως και πλησίον της βυζαντινής κιστέρνας της οδού Ολυμπιάδος.Το βυζαντινό κτίσμα με πολυάριθμες διαχρονικά επεμβάσεις για την προσαρμογή του στις λουτρικές συνήθειες των κοινωνιών διαφορετικών περιόδων λειτουργούσε ως λουτρό έως το 1940.

Παρά τις πολυάριθμες επεμβάσεις που υπέστη κατά τη διάρκεια των επτά και πλέον αιώνων λειτουργίας του, το μνημείο, εξωτερικών διαστάσεων 17x12,50μ., διατηρεί την τυπική τριμερή διάταξη των βυζαντινών λουτρών. Από δυτικά προς ανατολικά αναπτύσσονται σε παράταξη: (α) ένας επιμήκης, μεταγενέστερα διαιρεμένος, προθάλαμος που θα λειτουργούσε ως αποδυτήριο, (β) δύο διμερείς υπόκαυστοι χώροι ?ο χλιαρός (χλιαροψύχριον), στεγασμένος με ημικυλινδρική καμάρα, και ο θερμός (θερμολουτήριον), τα διαμερίσματα του οποίου στεγάζονται, το μεν νότιο με χαμηλό, οκταγωνικό εξωτερικά, τρούλο, το δε βόρειο με μοναστηριακό σταυροθόλιο και (γ) θολωτή υδατοδεξαμενή, η οποία φέρει δύο ασύγχρονες μεταξύ τους επεκτάσεις.

Η εστία που αναπτυσσόταν κάτω από τη δεξαμενή, τροφοδοτούνταν από ανατολικά, θέρμαινε το νερό και παρήγε αφενός ατμούς που εισέρχονταν στον θερμό οίκο από υπερδαπέδια ανοίγματα της μεταξύ τους τοιχοποιίας, και αφετέρου θερμό αέρα που διοχετευόταν στα υπόκαυστα.

Το μνημείο, βάσει μορφολογικών και δομικών χαρακτηριστικών δύναται να χρονολογηθεί στο πρώτο μισό του 13ου αιώνα, και αποτελεί το μεγαλύτερο και πληρέστερα σωζόμενο, δημόσιο, ή πιθανότατα μοναστηριακό, βυζαντινό λουτρό από τα λιγοστά που διατηρήθηκαν στην Ελλάδα, και το μοναδικό που διασώθηκε από τα πολυάριθμα λουτρά της Θεσσαλονίκης που αναφέρονται σε βυζαντινά κείμενα.

Το σπάνιο αυτό δείγμα Βυζαντινής κοσμικής αρχιτεκτονικής είναι εγγεγραμμένο στον κατάλογο Μνημείων Παγκόσμιας Πολιτιστικής Κληρονομιάς της Ουνέσκο. Αποκαταστάθηκε από την Εφορεία Αρχαιοτήτων Πόλης Θεσσαλονίκης στο πλαίσιο του ΕΣΠΑ 2007-2013, και είναι πλέον επισκέψιμο.