Il Frigidario della Villa è l’ambiente più ricercato per la forma ottagona e la sua decorazione. Esso mostra la sua eleganza nella ricca struttura architettonica, nei rivestimenti marmorei e nel tappeto musivo decorato con un corteo marino all’interno dell’ottagono.
Nelle quattro nicchie laterali, che costituivano gli
Apodytèria
, il mosaico pavimentale presenta scene di genere con cambi d’abito e riti di preparazione.
La spaziosa sala, a pianta centrale, si presenta come primo ambiente del percorso termale, una sorta di anticamera dove sono presenti, ricavate in quattro nicchie angolari, gli spogliatoi. Questa sala è collegata a due piscine, una più piccola per il bagno a immersione e l’altra più grande per il nuoto.
Nel caso della Villa del Casale, si tratta di un percorso invertito, rispetto al percorso termale tradizionale, che prevedeva l’entrata ai bagni attraverso diversi ambienti: dalla stanza più tiepida fino a quella più calda e in ultimo, dopo la pulizia del corpo e i massaggi, ci si immergeva nel Frigidarium, dove si trovavano anche le piscine di acqua fredda.
Lo spazio ottagonale è ripartito, sui lati, da alcune colonne su plinti, di
ordine corinzio
, sulle quali era posta una spessa cornice, dalla quale si dipartiva la volta che copriva l’ambiente. 
Una cupola, ricorrente come tipologia, era dotata di un foro centrale da cui filtrava la luce, ma anche l’acqua piovana che veniva raccolta nel pavimento e incanalata in una condotta, con chiusino, ancora oggi visibile. Questo ambiente è stato riutilizzato, a lungo, nei periodi successivi al primo abbandono della Villa. I suoi mosaici pavimentali risultano restaurati con tecniche grossolane e con grandi tessere, che ne connotano l’epoca tra il V e il VI secolo d.C. In alcune zone, le figurazioni musive sono stati sconvolte dall’inserimento delle tessere nelle parti mancanti, non rispettando i disegni originari. 
In tale ambiente sono state rinvenute lucerne con simboli cristiani, facendo ritenere plausibile l’uso quale luogo di culto, in epoca paleocristiana e pre bizantina.
