Unter Landgraf Karl wurde unterhalb des ehemaligen Kasseler Residenzschlosses in den Jahren 1702 bis 1711 eine Orangerie errichtet. Zu ihr gehört der gleichzeitig angelegte Barockgarten namens Karlsaue.
Von 1722 bis 1728 entstand neben der Orangerie das Marmorbad, ein prunkvoller Pavillonbau auf quadratischem Grundriss. Das spätbarocke Gebäude mit zentralem Becken und einer Kuppel diente aber nie als Bad, sondern repräsentativen Zwecken.

Die glanzvolle Innenausstattung des Marmorbades schuf einer der bedeutendsten Bildhauer des späten 17. Jahrhunderts: der aus Frankreich stammende und in Rom lebende Bildhauer Pierre Etienne Monnot (1657-1733), der sich in den Jahren 1714 bis 1729 überwiegend in Kassel aufhielt. Mehrere Statuen entstanden bereits vor Baubeginn des Marmorbades in Monnots römischer Werkstatt, andere wurden erst 1731 in Rom vollendet und 1754 nach Kassel transportiert.
Die insgesamt zwölf Statuengruppen im Inneren des Bades stellen Figuren aus der antiken Mythologie dar. Die acht datierten und signierten Wandreliefs von 1720 zeigen Szenen aus den Metamorphosen des Ovid, in denen das Wasser eine Rolle spielt. Die allegorischen Kuppelreliefs zeigen Darstellungen der vier Elemente und der vier Jahreszeiten.

Über den zwei sich gegenüberliegenden Kaminen sind Landgraf Karl und seine 1711 verstorbene Gemahlin Marie Amalie in Medaillons, umgeben von Tugenddarstellungen, porträtiert. Ein in der Kuppelöffnung sichtbares Gemälde, mit dem Motiv der blumenstreuenden Aurora, malte 1728 Johann Christoph Hochfeld. Das im Zweiten Weltkrieg verlorene Original ist heute durch eine Kopie ersetzt.

Mit Hilfe eines Audioguides in deutscher und englischer Sprache können sich die Besucherinnen und Besucher vor Ort über die Geschichte und Schätze des Marmorbades informieren.