Zu Beginn des zweiten Jahrhunderts n. Chr. errichtete die Ala Secunda Flavia pia fidelis milliaria, eine tausend Mann starke berittene Eliteeinheit der römischen Armee, ihr Kastell im Bereich der heutigen Innenstadt von Heidenheim. Das 5,5 ha große Kastell, von dem heute nichts mehr zu sehen ist, kontrollierte mit dem Brenztal als natürlichem Albdurchgang eine strategische Schlüsselposition des sogenannten Alblimes. Zum östlichen Alblimes werden die Kastelle von Donnstetten (Clarenna), Urspring (Ad Lunam), Heidenheim (Aquileia) und Oberdorf (Opia) gezählt. Diese Kastelle bildeten zusammen mit den Militäranlagen des Odenwald - und Neckarlimes den Vorgänger der vorderen, obergermanisch-raetischen Limeslinie.

Südlich und östlich des Kastells von Heidenheim entstand gleichzeitig ein Lagerdorf (vicus), in dem die Angehörigen der Soldaten sowie Personen lebten, die von der Kaufkraft der Soldaten profitierten. Als im Zuge der letzten Grenzkorrektur die Ala Secunda Flavia um 160 n. Chr. in das neu erbaute Kastell Aalen verlegt wurde, verlor Aquileia, wie das römische Heidenheim laut einer antiken Straßenkarte wahrscheinlich hieß, nicht an Bedeutung. Als Kreuzungspunkt von sechs Straßen entwickelte sich die Zivilsiedlung vielmehr zu einem Mittelpunkt für die ganze umliegende Gegend. Neben privaten Gebäuden von Handwerkern und Händlern, von denen zahlreiche Fundbeobachtungen im Stadtgebiet zeugen, sind es insbesondere die großen öffentlichen Steingebäude im Umfeld des heutigen Museums, die einen deutlichen Hinweis auf die zentrale Rolle geben, die Heidenheim-Aquileia einst bei der militärischen Sicherung und administrativen Erschließung der Provinz Rätien spielte. Man kann ohne Übertreibung sagen, dass das Heidenheimer Stadtgebiet damals zum ersten Mal in seiner Geschichte eine Ansiedlung stadtartigen Charakters besaß, von der es allerdings keine Kontinuität hin zur hochmittelalterlichen Stadt gibt. Zu Beginn der Völkerwanderungszeit am Ende des 3. Jahrhunderts  n. Chr. gaben die Römer das Limeshinterland und damit auch die Siedlung von Heidenheim-Aquileia endgültig auf und zogen sich hinter die Donau zurück - die germanische Besiedlung unserer Region begann.

Die geplante Errichtung eines Fernmeldeneubaus der Deutschen Bundespost mit angegliedertem Parkhaus (heute Telekom und Job Center) löste in den Jahren 1980 und 81 umfangreiche archäologische Rettungsgrabungen des Landesdenkmalamtes Baden-Württemberg aus. Sie erbrachten vorzüglich erhaltene römische Gebäudereste, die Dank der Initiative des Heimat- und Alterumsvereins Heidenheim im Zusammenwirken von Bauherr, Stadtverwaltung und Denkmalschutzbehörde in vorbildlicher Weise im Untergeschoss des Neubaus erhalten werden konnten.

Der Name des im Herbst 1984 eröffneten Museums spiegelt die ursprüngliche Deutung des großen repräsentativen Gebäudekomplexes wieder, ließen die ergrabenen Befunde mit mehreren beheizbaren Sälen, mit Nischen und Apsiden zunächst auf eine große, prachtvoll ausgestattet Badeanlage schließen. Durch weitere archäologische Ausgrabungen des Landesdenkmalamtes Baden-Württemberg, die in den achtziger und neunziger Jahren in der unmittelbaren Nachbarschaft des Museums im Vorfeld von Baumaßnahmen durchgeführt werden mussten, konnten der Grundriss dieses Monumentalbaus jedoch ergänzt und weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Sie lassen heute vermuten, dass es sich bei dem mindestens 75 x 60 m messenden Monumentalbau ursprünglich um den repräsentativen Sitz eines hohen Verwaltungsorgans, möglicherweise sogar um eine Nebenresidenz des Statthalters der Provinz Raetien in Augsburg selbst gehandelt hat.