Le hasard a mis ces thermes au jour en 1987. Avant de restaurer l’église d’Entrammes, des spécialistes espéraient retrouver d’anciens enduits peints du Moyen Âge ; ils ont découvert des éléments de brique, puis un hypocauste très bien conservé, qui a prouvé l’origine romaine du bâtiment. Faute de mobilier abondant, la datation s’appuie surtout sur l’architecture : le milieu du IIe siècle. L’édifice reste en partie en élévation, ce qui le rend exceptionnel, surtout dans la moitié nord de la France.
Le bâtiment a ensuite changé de vocation. Un chapiteau tardif suggère un usage jusqu’au Ve siècle ; le bâtiment est alors abandonné ; au VIIe siècle au plus tard, il sert de lieu de culte. Une église paléochrétienne l’occupe. Les fouilles y ont révélé un escalier menant au presbyterium, la base d’un ambon, un aménagement rarement conservé en place, et des moules de cloches. Thermes et église se superposent ainsi dans un même volume.
Pour permettre la visite, l’église a été partagée par un grand mur : d’un côté les thermes, de l’autre le transept, le chœur et l’abside, toujours consacrés au culte. Les vestiges sont classés depuis le 1er septembre 1988 au titre des monuments historiques. Leur découverte invite aussi à se demander si une agglomération antique, appelée Inter Amnes, « entre les rivières », se trouvait ici.