Villaen ble bygget i årene 1549–58. Det var Palladios venner og velgjørere, brødrene Daniele og Marcantonio Barbaro som fikk villaen bygget. Villaen er dekorert av Paolo Veronese. Det er mulig at brødrene Barbaro eller kanskje også Veronese har hatt stor innflytelse på utformingen av selve villaen. Bak villaen er det et nymphaeum som er utgravet i bakken bak huset og har et avansert vannsystem som Palladio selv omtaler i Quattro Libri.
Barchessaen er rettlinjet og hovedhuset ligger fremskutt i forhold til den. Fra piano nobile er det direkte utgang til fiskedamen foran nymfeet.
Palladios tempietto ligger like ved villaen. Den var i bruk som familien Barbaros private kapell, men ble også brukt som lokal kirke. Grunnplanen er sirkulær.