Στην περιοχή βόρεια του Πρυτανείου, στις παρυφές του ιερού της Ολυμπίας, βρίσκεται μεγάλο κτήριο γνωστό ως ''θέρμες Κρονίου'' ή ''Βόρειες θέρμες''. Το συγκρότημα οικοδομήθηκε κατά την αυτοκρατορική εποχή επάνω σε κτήριο και λουτρά ελληνιστικών χρόνων. Παρέμεινε σε χρήση μέχρι τον 5ο -6ο αι. μ.Χ. και σε όλο αυτό το διάστημα δέχθηκε διάφορες επισκευές και προσθήκες, όπως αυτή ενός μικρού συγκροτήματος θερμών στη βορειοανατολική πλευρά του.

Το συγκρότημα περιλάμβανε πολλά δωμάτια και αίθουσες με πολλαπλές λειτουργίες, που αναπτύσσονταν γύρω από ένα κεντρικό περιστύλιο. Το δάπεδο του περιστυλίου διακοσμούσαν εντυπωσιακότατα ψηφιδωτά με εικονιστικές θαλάσσιες παραστάσεις. Στη νότια πλευρά η κεντρική παράσταση απεικονίζει Νηρηίδα πάνω σε θαλάσσιο ταύρο και στη βόρεια δελφίνια. Στη δυτική πλευρά, από όπου ήταν και η κεντρική είσοδος, υπάρχει μεγάλη παράσταση Τρίτωνα ανάμεσα σε θαλάσσιους ίππους. Τον 3ο αι. μ.Χ. το κτήριο καταστράφηκε από σεισμό. Λίγο αργότερα, κατά τον 5ο και 6ο αι. μ.Χ. χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία γεωργικών αγαθών. Στο ανατολικό τμήμα του ρωμαϊκού περιστυλίου εγκαταστάθηκε ληνός για την παρασκευή οίνου, ενώ στις αίθουσες στα βόρεια και ανατολικά του περιστυλίου βρέθηκαν εγκαταστάσεις κεραμικού εργαστηρίου. Επίσης, σε μία αψιδωτή αίθουσα, που αρχικά λειτουργούσε ως χώρος θερμού λουτρού (tepidarium), κατασκευάσθηκε αργότερα ένας κεραμικός κλίβανος. Οι τρεις δεξαμενές, που εντοπίσθηκαν στη βόρεια πλευρά του συγκροτήματος, προφανώς είχαν σχέση με το κεραμικό εργαστήριο που λειτουργούσε εδώ και πιθανώς προορίζονταν για τον καθαρισμό και την παρασκευή πηλού. Από το χώρο του κεραμικού εργαστηρίου προέρχονται πολλά αγγεία και όστρακα, που χρονολογούνται στον 5ο και 6ο αι. μ.Χ.

Το κτήριο αποκαλύφθηκε στο τέλος της πρώτης γερμανικής ανασκαφής το 1880. Η έρευνα στο χώρο ολοκληρώθηκε τα έτη 1987-1991, οπότε και ήλθε στο φως το κτηριακό συγκρότημα σχεδόν στο σύνολό του. Μικρή συμπληρωματική έρευνα στις πρωιμότερες φάσεις του μνημείου έγινε το 2003, οπότε έγιναν και εργασίες συντήρησης όλων των ψηφιδωτών, τα οποία επανατοποθετήθηκαν στην αρχική τους θέση, στο δάπεδο του περιστυλίου.