신라 시대에 한 사냥꾼이 창에 맞은 사슴을 뒤쫓다가 날이 저물어 이튿날 다시 찾았으나 그 행방이 불명하였다. 이를 괴상히 여긴 사냥꾼이 그 부근을 탐색하던 중, 발견한 사슴이 누었던 자리의 지하에서 온천이 솟고 있음을 보고 약수탕(藥水湯)임을 알게 되었으며, 그 뒤 백암사(白巖寺)의 승려가 욕탕(浴湯)을 지어 병자를 목욕시켰더니, 그 효험이 현저하였다 한다.
또한 고려 명종 때에 현령이 지방민을 동원하여 거대한 화강암으로 큰 석함을 만들고 집을 새로 지었으며, 그 뒤 파손된 집과 욕탕을 다시 수축하였다고 전해지고 있다. 한편 『고려사』 및 『세종실록』 지리지, 『신증동국여지승람』 등의 문헌에 평해온천(平海溫泉)에 관한 기록이 나오는데, 이 평해온천이 고을 서쪽 26리(里) 백암산 아래 소태곡(所台谷)에 있다는 것으로 미루어 백암온천에 관한 기록으로 생각된다.
지질은 경상계 퇴적암과 관입화강암으로 이루어져 있으며, 남북 방향으로 온천대가 나타난다. 천질(泉質)은 무색·무취의 방사능(放射能) 유황천이며 온천수가 아주 매끄럽다. 수온은 32∼53℃이며 수소이온농도(pH)는 9.43으로 전국에서 가장 강한 알칼리성을 나타낸다. 만성피부염·만성관절염·신경통·금속중독·동맥경화증·당뇨병·만성기관지염·만성변비·간질환·외상후유증 등에 효과가 있다.
근대적인 온천으로서의 개발은 늦은 편으로, 일제시대인 1913년 이후 온천 시설이 갖추어지기 시작하였다. 그러다가 1970년대 초기까지 자연 용출된 온천수를 이용하는 정도에 불과하다가, 1970년대 말 동해산업도로의 개통 및 진입로의 완성과 더불어 1979년에 국민 관광지로 지정됨에 따라 종합 온천장으로서의 각종 시설을 갖추면서 급격히 개발되었다. 이후 1997년 1월 18일 관광특구로 지정되면서 온천휴양지로서의 가치를 인정받았다.
온천 용출 지역의 범위는 울진군 온정면 온정리의 울진군 소유 10호공을 중심으로 반경 2㎞에 이르고 있다. 온천공은 10여 개가 이용되고 있으며, 온천공의 깊이는 개발 초기의 90m 정도에서 현재는 200m에 이르고 있다. 숙박 업소로는 호텔 및 여관·콘도·민박 등이 많이 있으며, 각종 편의 시설이 잘 갖추어져 있다. 교통편은 포항·울진·강릉 등지에서 평해까지만 가면 시내버스로 온천까지 갈 수 있다.
주변에는 백암산계곡이 있어 신시골계곡·백암폭포·백암사 등 백암산의 아름다운 경관을 만끽할 수 있다. 또한 인근에는 덕구온천을 비롯하여 관동팔경의 월송정과 망향정·성유굴·불영계곡·불영사·동해해수욕장 등 많은 관광지와 해수욕장이 있어 이들과 함께 종합 관광지로서의 발전이 기대된다.