Холодные бани - редкое в истории русской архитектуры здание, в плане которого отражена идея следования древнему образцу. Камерон, вероятно, использовал в качестве эталона центральное расположение бань Константина, которые были разрушены в начале 17 века. Согласно Камерону, римские термы включали аподитерий, раздевалку, унктарий для хранения масла, сферистерий, большую комнату для упражнений, кальдарий, теплую ванну, лаконик, парную, тепидарий, теплую комнату, наполненную теплой водой, и фригидарий, холодную ванну Холодный источник имел центральный щебеночный бассейн. Холодная баня включала баню с оловянным бассейном в центре, "горячую" и "жаркую" бани, а также "комнату отдыха". Все комнаты на нижнем уровне были с каменными сводами, свет в них проникал через высокие полукруглые "тепловые" окна. Простые дубовые паркетные полы и однопанельные двери, выкрашенные в белый цвет, встречаются повсюду. Камерон использовал цветные камни, роспись и лепнину в интерьере второго этажа – Агатовых комнат. Мельников, выдающийся архитектор и слуга поэта Н.А. Львова, отвечал за лепнину всего здания, а Ж.Д. Рашетт и К. Гофферт - за гравировальные работы. Талантливые декораторы, работавшие в Петербурге в 1780-е годы, также внесли свой вклад в создание интерьеров. Среди них особого упоминания заслуживают скульптор и декоратор И.Б. Шарлемань-Боде, который выполнил большую часть отделочных работ.