Ансамбль Ч. Камерона (1780—1787) примыкает к Зубовскому корпусу дворца под прямым углом.
В составе ансамбля Холодная баня, Агатовые комнаты, Галерея статуй, Висячий сад и Пандус (1792—1794). Зодчий нашёл удачное сочетание строгой классики с пышным барокко самого дворца. Ансамбль обозначил границу между регулярным и пейзажным парками.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Разрез по центральной оси павильона Холодных бань и Висячего сада в Царском Селе. Великобритания, начало 1780-х гг.
Центральное место в ансамбле, возведённом Ч. Камероном, принадлежит павильону «Холодная баня».
Модель Холодной бани была закончена в 1780 году, и весной того же года началось строительство павильона — небольшого двухэтажного здания. В его нижнем этаже были расположены помещения для водных процедур, а в верхнем — шесть богато отделанных помещений для отдыха и развлечений, получившие название «Агатовых комнат».
Архитектурное оформление фасадов Холодной бани, как и всего комплекса, построено на контрасте отделки этажей. Нижний, цокольный этаж отделён от второго карнизом и облицован массивными блоками грубо обработанного, пористого, словно изъеденного ветрами и дождями пудостского камня, создающего иллюзию «древности», подлинности «античного» памятника.
Второй этаж, напротив, лёгок и светел; на фоне нежно-жёлтого тона стен выделяются ниши, окрашенные в терракотовый цвет. По верху стен размещены круглые лепные медальоны-барельефы с мифологическими композициями. В продольной северо-восточной стене прорезаны полуциркульные окна, в торцевых — прямоугольные окна-двери, помещенные в арках. В простенках расположены ниши со скульптурными фигурами различных аллегорических и мифологических персонажей.
Главный, юго-западный фасад Холодной бани выходит на террасу на сводах, опирающихся на массивные кирпичные столбы. Терраса служит основанием для Висячего сада и является связующим звеном между сооружениями ансамбля Камерона и Большим Царскосельским дворцом.
Со стороны Висячего сада и Камероновой галереи верхний этаж Холодной бани воспринимается как совершенно самостоятельный одноэтажный парковый павильон.
Учителев, Павел Лаврентьевич. Вид Ионической галереи в Царском Селе, конец XVIII в.
От остальных фасадов главный фасад отличается наличием таких же, как на Камероновой галерее, колонн, чем подчеркивается единство этих сооружений.
Холодная баня — редкий в истории русской архитектуры образец здания, в самом плане которого нашла отражение идея следования античным образцам. Разрабатывая проект Холодной бани, Ч. Камерон, по-видимому, использовал планировку центральной части терм Константина, уничтоженных в начале XVII века и известных по обмерам А. Палладио, которые он воспроизвёл с комментариями в своём трактате «Термы римлян». Согласно Камерону, в число помещений римских терм входили аподитерий, или помещение для раздевания; унктуарий — для хранения масел; сферистерий — большой зал для упражнений; кальдарий — горячая баня; лаконик — парильня; тепидарий — тёплая комната с подогретой водой и фригидарий — холодная баня. В Холодной бане были устроены Купальный зал с оловянным бассейном в центре, «тёплая» и «жаркая» бани, «отдыхательная комната». Все помещения нижнего этажа имеют каменные своды и освещены высоко расположенными полукруглыми – «термальными» - окнами. В них повсюду простые дубовые наборные паркеты и выкрашенные в белый цвет одностворные филенчатые двери.
В интерьерах второго этажа Ч. Камерон применил цветной камень, живопись и лепку. Лепные работы во всём здании выполнял О. Мельников — крепостной Н. А. Львова, известного архитектора и поэта, и другие матера, скульптурные — Ж.-Д. Рашетт и К. Гофферт. В отделке интерьеров участвовали и другие талантливые мастера-декораторы, работавшие в Санкт-Петербурге в 1780-х годах, среди которых следует особенно отметить скульптора и декоратора Ж.-Б. Шарлеманя-Боде, выступавшего в качестве подрядчика на проведение большинства отделочных работ, и живописца И. Рудольфа.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Главный зал Агатового павильона в Царском Селе. Разрез, вариант. Великобритания, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Главный зал Агатового павильона в Царском Селе. Разрез, осуществленный вариант. Великобритания, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Холодные бани в Царском Селе. Центральный зал Агатовых комнат. Предварительный вариант. Поперечный разрез. Россия, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Агатовый павильон в Царском Селе. Проект отделки стены второй Агатовой комнаты. Россия, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Агатовый павильон в Царском Селе. Яшмовый кабинет. Предварительный вариант. Россия, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Проект стены Яшмового кабинета Агатового павильона в Царском Селе. Великобритания, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Яшмовый кабинет Агатовых комнат в Царском Селе. Предварительный вариант Б. Россия, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Яшмовый кабинет Агатового павильона в Царском селе, 1780
Камерон, Чарльз (1730-1811). Овальный будуар Агатового павильона Холодных бань в Царском Селе. Великобритания, начало 1780-х гг.
Камерон, Чарльз (1730-1811). Кабинет-библиотека. Продольный разрез. Россия, начало 1780-х гг.
Для полов в верхнем этаже были использованы паркеты, выполненные мастером X. Мейером по проектам Ю. М. Фельтена для дома А. Д. Ланского, строившегося в эти же годы в Санкт- Петербурге (из-за смерти фаворита императрицы они остались невостребованными).
Несмотря на повреждения военных лет, первоначальная отделка интерьеров павильона сохранилась. В настоящее время помещения первого этажа Холодной бани используются для временных выставок.