Westlich der Orangerie in einem Seitenpavillon in der Karlsaue befindet sich das letzte erhaltene spätbarocke Badegebäude Deutschlands – das Marmorbad. Von außen folgt der Bau dem Baustil der Orangerie, im Innern hingegen zeigen sich erst die wahren Schätze.

Als Pavillon von 1722 bis 1728 unter Landgraf Carl errichtet, diente das rechteckige Marmorbad im Innern, entgegen seiner Bezeichnung, die als Badehaus, sondern wurde für festliche und repräsentative Anlässe genutzt.

Der römische Bildhauer Pierre Etienne Monnot (1657–1733) schuf eine prachtvolle Innenarchitektur mit lebensgroßen marmornen Skulpturen, detailverliebten Wandreliefs und farbig akzentuierten, marmornen Wandverkleidungen, die das Marmorbad zu einem der bedeutendsten Ensembles römischer Profanskulptur des frühen 18. Jahrhunderts nördlich der Alpen machen.