Voulue par Laurent le Magnifique, la villa fut construite sur un projet de Giuliano da Sangallo entre 1484 et 1520. La villa, résidence estive des Médicis, fut le théâtre d'importants événements de l'histoire de leur dynastie. C'est ici que furent célébrés les mariages entre Alexandre de Médicis et Marguerite d'Autriche (1536), entre Côme Ier et Eléonore de Tolède (1539), entre François Ier et Bianca Cappello (1579). Du temps de Côme III (deuxième moitié du XVII^ème siècle), la villa fut doté d'un théâtre au rez-de-chaussée afin de satisfaire les caprices de Marguerite-Louise d'Orléans. Le prince Ferdinand en fit un centre culturel très actif. A la mort du dernier descendant des Médicis, l'édifice devint propriété de la famille d'Habsbourg-Lorraine. Ils apportèrent des modifications considérables au cours du temps aussi bien à la villa qu'à son parc. Entre 1865 et 1871 (période pendant laquelle Florence était la capitale du Royaume d'Italie), Victor-Emmanuel II et la Comtesse de Mirafiori y séjournèrent. Exemple de villa de la Renaissance, elle s'ouvre sur un vaste parc possédant en annexe une orangerie néoclassique et des écuries restaurées en 2000, qui constituent aujourd'hui un espace polyvalent. Sa façade est caractérisée par un large soubassement à arcades qui entoure l'édifice couronné d'un tympan. Le grand escalier à tenailles, construit entre 1807 et 1811 sur un projet de Pasquale Poccianti, conduit au premier étage. Au rez-de-chaussée se trouvent la salle de théâtre, la salle des billards et l'appartement de Bianca Cappello. Le premier étage accueille la chambre de camp de Victor-Emmanuel (des meubles pliables conçus spécialement pour le camp) et le salon abritant les panneaux originaux de la frise du tympan, réalisée en terre cuite émaillée, de 14 mètres de long. Le salon de Léon X donne sur le portique et ses murs sont recouverts d'un imposant cycle de fresques réalisées par Pontormo, Franciabigio, Alessandro Allori et Andrea del Sarto. Outre le salon, on y trouve également la salle à manger, l'appartement de Victor-Emmanuel et l'appartement de la Comtesse de Mirafiori, et la salle de bain de style néoclassique. Depuis 2007, le Musée de la Nature Morte s'y est établi et les 16 salles du deuxième étage exposent de manière permanente environ 200 tableaux allant de la fin du XVI^ème à la moitié du XVIII^ème siècle.
Depuis 2013, la villa a été déclarée site du patrimoine mondial par l'UNESCO.