În incinta curții domnești (în partea de răsărit a incintei) a existat şi o baie domnească, pe care unii cercetători mai vechi au confundat-o cu baia descrisă de Paul de Alep, care era, de fapt, baia oraşului
Ruina băii este situată în partea de est a caselor domneşti, între acestea şi zidul de incintă. Construită în timpul domniei lui Matei Basarab, baia are forma unui dreptunghi, ale cărui laturi măsoară în exterior 5,56 x 14,70 m. Ea se compune din trei încăperi dispuse în şir. Prima încăpere, accesibilă din exterior, este vestiarul, urmat de o altă încăpere, unde se făcea baia propriu-zisă. Către sud, fără legătură cu celelalte două, se afla încăperea care adăpostea cazanul pentru fierberea apei. Pardoseala, alcătuită din dale de piatră de Albeşti, cu rosturile bine etanşeizate cu mortar de var, pentru a nu permite fumului să pătrundă în încăperi, era susţinută de stâlpi de zidărie, care despărţeau canalele. Sub pardoseala din dale se mai pot observa, pe alocuri, urme dintr-o pardoseală-suport, formată din lespezi de râu.
Aburul din cazan circula prin tuburi de olane aflate în grosimea zidurilor, de unde debuşa în primele două încăperi prin orificii dispuse la diferite înălţimi. Aerul cald (fumul) circula în acelaşi timp prin canalele destul de mari aflate sub pardoseala din dale de piatră, care se înfierbânta puternic. Acest sistem de încălzire, utilizat încă din epoca romană, cunoscut sub numele de “hypocaust”, a trecut la bizantini, fiind, apoi, preluat de către turci, de unde şi denumirea de baie turcească.
Alimentarea cu apă a băii se făcea, probabil, dintr-un rezervor situat în imediata apropiere a faţadei dinspre nord a clădirii, care a fost confundat în trecut cu una din haznalele caselor domneşti. Apa rezultată din condens se scurgea printr-un mic canal, practicat la nivelul pardoselii, prin colţul de nord-est al peretelui exterior al primei încăperi, de unde era condusă apoi mai departe, printr-un jghiab de cărămidă spre una din haznale. Accesul din casele domneşti spre baie se pare că se făcea pe o scară de lemn, probabil acoperită, care se sprijinea pe un pilon de zidărie, aflat lângă colţul nord-vestic al clădirii băii.