La villa fu commissionata a Palladio dal nobile patrizio veneziano Giorgio Cornaro nel 1552, ma già l'anno successivo era abitabile. Il cantiere è contemporaneo a quello di Villa Pisani a Montagnana, con la quale presenta alcune analogie soprattutto per quello che riguarda l'organizzazione degli spazi interni.

I lavori saranno tuttavia completati in due campagne successive, la seconda condotta  da  Vincenzo Scamozzi e Camillo Mariani, che realizzò una vera e propria galleria di sculture con i più importanti ritratti di famiglia Cornaro.

Per le sue caratteristiche simili a quelle di un palazzo, si può definire residenza di campagna come testimoniano il prestigio dell'edificio, la posizione dominante rispetto alla strada principale, l'essere staccata dalle adiacenze agricole.

L'interno è decorato con un ciclo di affreschi, composto da 104 scene, commissionato nel 1716 da Andrea Cornaro a Mattia Bortoloni e a Bortolo Cabianca per le cornici e gli stucchi.

Attualmente la villa è proprietà dei coniugi Gable di Atlanta che usano trascorrere in villa la stagione estiva.