Отделке парадных помещений второго этажа Холодной бани Ч. Камерон придавал особое значение: интерьеры Агатовых комнат декорированы мрамором, росписями, золоченой бронзой, наборными паркетами, цветной уральской и алтайской яшмой, которую российские мастера XVIII века обрабатывали с исключительным мастерством.
Месторождения твердых цветных камней были открыты на Урале уже в XVI веке, однако в то время еще не знали способов их обработки. Большой интерес к использованию «цветных каменьев» в отделке дворцовых интерьеров проявлял император Петр I, заложивший основу для развития камнерезного дела в России. По его указу в 1725 году в пригороде Санкт-Петербурга — Петергофе — открылась первая в России гранильная фабрика, где начали изготавливать изделия из цветных камней и обучать мастеров камнерезного искусства.
В середине XVIII века среди российской аристократии распространилось увлечение минералогией. В 1765 году по указу императрицы Екатерины II на Урал отправилась экспедиция во главе с Я. Данненбергом, открывшая новые месторождения яшмы, агатов, сердоликов и других минералов. К началу 1780-х годов на русских гранильных фабриках была разработана технология получения изделий из твердых самоцветов, и давняя мечта об украшении дворцовых залов природным цветным камнем стала осуществимой.
Камерон построил Холодную баню в 1780-1781 годах и в 1782-м приступил к отделке.
Весной 1783 года он получил распоряжение Екатерины II изменить замысел отделки двух кабинетов во втором этаже Холодной бани и подготовить проект их яшмового убранства. В соответствии с новым проектом стены кабинетов были обрублены на девять сантиметров и покрыты известняковыми плитами, облицованными яшмой в технике «русской мозаики». Особую трудность представляли заключительные работы — шлифовка и полировка цветного камня, призванные выявить яркость красок и сочность тонов. Полировщикам требовалось довести до стеклянного блеска около двухсот квадратных метров стен, наличников и карнизов. Эта работа была вручную осуществлена русскими мастерами.
Поскольку широко использованная в отделке уразовская яшма называлась «мясным агатом», название «Агатовые комнаты» со временем закрепилось за всем павильоном, хотя нижний этаж и продолжал называться Холодной баней.
В годы Великой Отечественной войны и оккупации искусственный мрамор и яшмовая облицовка на стенах и дверных полотнах Агатовых комнат сильно пострадали. Значительная часть позолоченных бронзовых орнаментов, украшавших стены и двери всех помещений, часть бронзовых ветвей-светильников и бронзовые медальоны с пьедесталов в Большом зале, бронзовые рашеттовские барельефы со стен Яшмового кабинета были утрачены. Бесследно исчезли многие мраморные скульптуры и шесть яшмовых ваз. Однако, несмотря на большие потери, отделка Агатовых комнат в основном сохранилась с XVIII века и является образцом уникальной, не имеющей аналогов в истории мирового искусства художественной традиции.
Реставрационные работы в Агатовых комнатах были завершены в сентябре 2013 года.
