원래 이곳에 온천이 있다 하여 ‘온’자가 붙여진 것이 아니고, 여진어로 주을온(朱乙溫)이라는 지명이었다. 이 연유로 이곳을 흐르는 강을 주을온천(朱乙溫川), 옛 행정지명도 주을온면이라 하였다.
온천은 함경선의 주을역에서 북서쪽으로 주을온천을 따라 13㎞ 가량 거리에 있다. 북쪽에 연두봉(蓮頭峰, 952m), 남쪽에 청계봉(淸溪峰, 551m)이 솟아 있고, 이 사이의 비교적 평탄한 하안평야에 주을온보(朱乙溫堡)라는 마을이 있다.
이 마을에 온천이 있는데 발견된 것은 조선 중기로 보이며, 『신증동국여지승람』에는 추봉온천(錐峰溫泉)으로 기록되어 있다. 길주ㆍ명천지구대의 서쪽 단층선(斷層線)에서 북부 산기슭에 이르는 약선에서 솟아나오는 온천의 하나로 동래ㆍ해운대 온천과 더불어 제3기층에서 용출한다.
온천은 주을온천이 동쪽으로 흐르다가 남동쪽으로 유로를 바꾸는 구조곡의 틈〔製罅〕에서 솟아나는데 수온이 58℃, 천질은 무색 투명하며 알칼리성 라듐을 함유한다. 용출량은 1일에 8,000ℓ에 이르며, 고온과 용출량에서는 전국 제일이라 한다. 온천에서 주을온천을 건너 강의 서안쪽에는 조선시대에 여진족을 막기 위하여 건설되었던 주을온보의 폐루가 일부 남아 있다.
온천 부근에는 주을온보 외에 오심암(吾心巖)ㆍ연대(烟臺)ㆍ주을온천 계곡 등의 명소가 많으며, 광복 전에는 멀리 서울ㆍ평양 등지에서 온천을 찾는 사람이 많았다.