Cet établissement de bains est implanté sur la plage des Grandes Vallées, côté ouest. Il présente une composition assez complexe, sur trois niveaux, dans un style mauresque. Un corps de bâtiment central présente un plan en aile ; l'avancée, à l'est, présente un soubassement ouvert sur la plage et une lucarne à l'étage de comble. Cette partie de la construction est flanquée de trois tours, une au nord, surmontée d'un crénelage ; deux au sud, l'une couverte d'un dôme en ardoise, l'autre également crénelée. Des rangées de cabines de bains s'alignent à la base de l´établissement. Un simple corps de bâtiment, implanté à l'ouest, s'élève sur un seul niveau et est couvert d'un toit en terrasse. L'établissement de bains des Grandes Vallées, à Sainte-Marie-sur-Mer, est le seul pour lequel nous possédons un plan témoignant de la modernité de cette construction et d´une réflexion sur la circulation à l'intérieur du bâtiment. L´essentiel des activités proposées se tient dans une vaste salle hydrothérapique au centre du bâtiment, où il est possible de prendre des douches en pluie ou debout et des bains de siège, chauds ou froids. Cette salle de cure est entourée d´un couloir desservant des salons et des salles de bains où il était également possible de prendre des bains de vapeur. Une terrasse délimitée, au rez-de-chaussée, par une balustrade, permet aux curistes d'observer l'animation de la plage ; deux autres terrasses, plus petites, encadrent l'établissement, au niveau des combles, à l'est et à l'ouest. Les ouvertures sont appareillées en alternance de brique et de pierre ; les chaînages d'angle sont en brique. Un bandeau, dans la partie supérieure de la partie centrale, porte l'inscription "Bains chauds" ; il se prolonge sur la tour, à l'est, avec l'inscription "douches...".