A partire del 1721 venne costruita su progetto di Gerolamo Frigimelica e Francesco Maria Petri per la nobile famiglia veneziana dei Pisani.
Nel 1756 i lavori terminarono, era una casa molto ricca e sfarzosa, ma a causa della Rivoluzione Francese Venezia subì un'importante perdita economica e politica, che determinò anche l'impoverimento delle casse dei Pisani, che si risollevarono vendendo la villa nel 1807 a Napoleone I Bonaparte.
La villa venne presto intascata da Eugenio Beauharnais e dalla meglio che la rinnovarono.
Nel 1814 diventò proprietà degli Asburgo e assegnata al Generale Civile e militare del Regno Lombardo-Veneto, che la utilizzò come sede di rappresentanza chiamandola "Villa Reale".
Dopo l'annessione del Veneto al regno d'Italia divenne proprietà dello stato, e dal 1884 divenne museo.
Tra il 1874 e il 1882 la villa fu messa più volte all'asta, ma la perdita d'interesse nei suoi confronti non permetteva più neanche la manutenzione.
Nel 1938 la villa divenne Azienda Autonoma senza mai riuscire ad avere fondi.
Ad oggi è uno dei più celebri esempi di villa veneta ed è un museo nazionale che comprende 168 stanze e 15.000 metri quadri.