Au début de la décennie 1820, la ville finance la construction, à l’est des jardins, d'une glacière d'une grande capacité pour répondre à une nécessité médicale, la glace étant utilisée pour ses vertus décongestionnantes, mais pas seulement, car elle approvisionnait aussi les commerçants de la ville, notamment les glaciers. Si on se réfère aux relevés effectués en avril 1959 par les architectes Pierre Auvray et Henri Bernard, la fosse s'étendait sur une profondeur initiale de 6,80 m et un diamètre de 6,20 environ, le niveau du sol se situant à 3,20 m de la voûte. La glacière de l'Hôtel-Dieu est l'une des rares à avoir été construite dans cette partie de la ville, la plupart l'ayant été dans les quartiers ouest de Caen. La proximité de l'Orne a sans doute joué dans le choix de son implantation.

En 1909, le transfert de l'hospice Saint-Louis sur le site monastique, désormais géré par la commission administrative des Hospices civils de Caen, entraîne la désaffectation et la reconversion de la glacière. De 1960 à 1968, celle-ci abrite la "bombe au cobalt", un appareil renforcé (plomb et uranium) doté d'une tête en tungstène contenant du cobalt 60. Produit industriellement et plus accessible que le radium, cet isotope radioactif, émet de puissantes doses de radiation (rayonnement gamma) à forte pénétration tissulaire qui sont utilisées dès les années cinquante pour détruire en profondeur les cellules et tumeurs cancéreuses (cobalthérapie) des patients. Les "cancéreux" sont alors soignés dans le pavillon 2 de l'hôpital voisin, dont le 1er étage vient d'être réaménagé (1950-1956) par le cabinet de Pierre Dureuil, architecte des Hospices de Caen. Les travaux d'appropriation sont réalisés sur les plans de Pierre Auvray et Henri Bernard, architectes missionnés en 1958 pour installer provisoirement la "bombe au cobalt" dans la glacière, tout en réfléchissant au futur site d'implantation du nouveau bâtiment du Centre Anticancéreux. Préalablement, les architectes ont réalisé en avril 1959 un relevé précis de la glacière dont ils dressent les plans, notamment de l'élévation soignée de l'entrée à arc plein-cintre à extrados en escalier en pierre de taille, aujourd'hui recouverte par la végétation. Les travaux d'aménagement connus par des plans sur calque, également datés d'avril 1959, indiquent un bâtiment en appentis à ériger devant l'entrée de la glacière orientée nord-est, destiné à accueillir le bureau du médecin, les déshabilloirs, les salles d'attente et de soin (pansements). Ils prévoient également le rehaussement du niveau du sol de la glacière, afin de recevoir la première "bombe au cobalt", le Thératron F. La Compagnie Général de Radiologie dresse les plans, datés du 8 mai 1959, d'installation de l'appareil dans la glacière. En 1968, la glacière change à nouveau destination pour abriter un local à polycopie à usage des étudiants en médecine. Elle conserve cette fonction jusqu'à ce que l'Unité d'Enseignement de Recherche (UER) de Médecine, implantée avec l'Ecole de pharmacie à proximité de la glacière - sur le terrain compris entre la rue de Calix, la rue Vaubenard et le parc (ancien potager du monastère) - ne soit transféré sur le plateau hospitalier Nord (Côte de Nacre) en 1975.

Après l’achat des anciens bâtiments conventuels en 1983, l’administration régionale acquiert en 1990 auprès du Centre hospitalier régional (C.H.R.) de Caen une grande partie des jardins pour 3 millions de francs. A l’issue du concours, organisé en 1991, le paysagiste Michel Bourne entreprend la réhabilitation des jardins avec l’architecte-paysagiste Loïc Degroote et les services techniques de la ville. Par lettre de commande du 16 janvier 1995, la glacière est définitivement condamnée et fermée au public.