Το βόρειο συγκρότημα των λουτρών, κατασκευασμένο κατά την Οθωμανική εποχή ήταν το μεγαλύτερο, με μικρότερο αυτό που βρίσκεται στην καρδιά του Κάστρου, και σήμερα ανήκει σε ιδιώτη.
Η ύπαρξη λουτρών στην πολιτεία του Κάστρου της Χίου, ήταν ένα φυσικό επακόλουθο της κατάκτησης του Κάστρου από τους Οθωμανούς. Μαρτυρίες, όμως, για την ύπαρξη λουτρών, κατά την Βυζαντινή τεχνοτροπία, μαρτυρούνται σε γραπτές πηγές και συγκεκριμένα στο Χρυσόβουλο του 1259 μ. Χ και τη συνθήκη του Νυμφαίου το 1261 μ.Χ. Συγκεκριμένα, ο τότε αυτοκράτορας του Βυζαντίου, Μιχαήλ Η’ Παλαιολόγος παραχώρησε το δικαίωμα στους Γενουάτες να ιδρύσουν εμπορική αποικία στη Χίο, κάνοντας λόγο για την ύπαρξη στο Κάστρο της ‘λαμπρού ανακτόρου με εκκλησίες, λουτρά, αγορά, κήπους και κατοικίες των εμπόρων’.
Παρόλα αυτά, η επόμενη μαρτυρία για την ύπαρξη λουτρών στο Κάστρο της Χίου ανάγεται στις αρχές του 18ου αιώνα. Όπως μαθαίνουμε από σχετική επιγραφή, μετά την Ενετική κατάληψη της Χίου το 1694-95 μ.Χ και την ανακατάληψη της από τους Οθωμανούς, ο τότε Χατζή Ιμπραήμ Πασά προχώρησε σε επισκευές κατά το πρότυπο του κάστρου της Λήμνου. Ως αποτέλεσμα αυτών των επισκευών, το εσωτερικό του Κάστρου απόκτησε τουρκική όψη με τη δημιουργία τζαμιών, λουτρών κτλ.
Το μεγαλύτερο λουτρό-χαμάμ έφτασε στις μέρες μας σε όχι πολύ καλή κατάσταση. Ο σεισμός του 1881 μ.Χ προκάλεσε μεγάλη ζημιά και σε αυτό, όπως και σε πολλά άλλα κτίσματα στο Κάστρο. Η ιστορικός Αιμιλία Σάρου περιγράφοντας το Κάστρο στις αρχές του 20ου αιώνα, αναφέρεται σε ένα ‘ακαλαίσθητο συνοικισμό με λουτρά εγκαταλελειμένα’. Το 1922 μ.Χ προσφυγικές οικογένειες της Μικρασιατικής καταστροφής χρησιμοποίησαν τα Λουτρά ως χώρο κατοικίας τους.
Η είσοδος στα Λουτρά γινόταν από την αριστερή πλευρά, όπου είναι και η αίθουσα υποδοχής και τα ‘αποδυτήρια’. Στη συνέχεια ο επισκέπτης των λουτρών περνούσε στη μεγάλη αίθουσα με τον κεντρικό θόλο, όπου ήταν στολισμένη με γείσα και άλλα διακοσμητικά στοιχεία που της απέδιδαν την απαιτούμενη αίγλη της εποχής. Στο θόλο υπήρχαν ειδικές τρύπες με γυαλί, στο οποίο εισχωρούσε το φως, κάτι το οποίο ζωντάνεψαν και σήμερα οι εργασίες αναστύλωσης. Στα λουτρά υπήρχε και τρίτο δωμάτιο, όπου ήταν οι πηγές. Επιπλέον, αναφορές από τις αρχαιολογικές ανασκαφές έφεραν στο φως 798 μονόχρωμα και διακοσμημένα πλακίδια.
Τον Ιούλιο του 2012 ολοκληρώθηκαν οι εργασίες αποκατάστασης από την αρχαιολογική υπηρεσία και χρησιμοποιούνται για περιοδικές εκθέσεις κατά διαστήματα.