Построена е по проект на архитектите Петко Момчилов и Йордан Миланов през 1913 година на мястото на съществувала дотогава турска баня, която е разрушена. Изградена е в стил сецесион, но и с типични български, византийски и изобщо източноправославни орнаментални елементи, дело на художника Харалампи Тачев.
Англо-американските бомбардировки над София на 10 януари 1944 г. тежко удрят сградата и напълно унищожават южното крило, дебита на минералния извор също е засегнат, но по-късно банята е напълно възстановена.
Функционира до 1986 г., когато е затворена поради лошото ѝ състояние. Дълго време банята е в активна реконструкция за нуждите на Софийския исторически музей и за СПА център.
Постоянната експозиция на Музея за история на София, помещаваща се в едната половина от сградата на Централната минерална баня, е официално открита на 17 септември 2015 г. В края на 2016 г. от статута му на „общински културен институт“ музеят е реорганизиран в Регионален исторически музей – София.
Във фондовете на музея се съхраняват над 120 000 исторически ценности, чрез които се представя историята на града. Сред тях са много документи, лични вещи и снимки на изтъкнати български държавници като Княз Александър, цар Фердинанд, Стефан Стамболов, Драган Цанков, Константин Стоилов и други; произведения на приложното изкуство с висока художествена и историческа стойности – „Златната каляска“ стил Луи ХVІ, Бюрото-подарък от Бисмарк на цар Фердинанд, английския часовник, дар от кралица Виктория; стилни мебели. Някои от музейните експонати са записани в Държавния музеен фонд. В художествения фонд се съхраняват оригинални картини от изтъкнати български художници рисували София. Притежание на Софийския исторически музей е и колекцията от акварели на Йосиф Обербауер, в която е запечатан облика на София по време на Освобождението, вече напълно изчезнал. Музеят има много икони, стенописи и църковна утвар. В нумизматичния фонд се съхраняват над 17 000 монети и банкноти, някои от които са много ценни и редки. Музеят притежава и най-голямата сбирка от стари фотографии и картички с изгледи от София.
