La Villa, costituita da un blocco centrale, che presenta un loggiato a cinque arcate, sul quale si aprono due ali laterali, si sviluppa su sei livelli: piano interrato, piano terreno, mezzanino, primo piano, secondo mezzanino e belvedere. Un duplice ordine di lesene doriche scandisce le pareti esterne, concluse in alto da un cornicione con putti e festoni. Ciò che caratterizza la costruzione e la decorazione è lo stretto legame tra il giardino all’italiana e la villa, come se ciascuno rappresentasse la continuazione ideale dell’altro.

In origine, l’accesso avveniva attraverso la Loggia di Amore e Psiche, sul lato nord, mentre l’attuale ingresso per il pubblico si trova sulla facciata posteriore, nel lato sud.

Il percorso di visita all’interno della Villa ha inizio dall’attuale atrio di ingresso e dalla biglietteria al piano terreno. Si visitano i locali di rappresentanza: la Loggia di Galatea, dove sono affreschi di Raffaello, Sebastiano del Piombo e Baldassarre Peruzzi, la Loggia di Amore e Psiche, dove sulla volta campeggia l’affresco realizzato nel 1518 da Raffaello e bottega; l’attigua Stanza del Fregio, così chiamata dal fregio dipinto al sommo delle pareti da Baldassarre Peruzzi.

Da qui si sale al primo piano, dove si passa nella Sala delle Prospettive, affacciata a sud e affrescata da Baldassarre Peruzzi e bottega, che rappresenta la continuazione ideale delle logge del pianterreno; attraverso il finto loggiato si scorgono vedute paesistiche. Sul fondo è l’attigua stanza da letto di Agostino Chigi, la Stanza delle Nozze di Alessandro Magno e Roxane, la cui decorazione si deve a Giovanni Antonio Bazzi, detto il Sodoma.

E piacevole, dalle finestre del primo piano, una vista d’insieme sul giardino e, infine, un breve giro nel parco, esempio di giardino all’italiana; lungo la galleria dei lauri, sul marmo, è incisa una frase quasi come un commiato:
“Quisquis huc accedis: quod tibi horridum videtur mihi amoenum est; si placet, maneas, si taedet abeas, utrumque gratum”

“Per te che vieni qui, quello che ti sembra brutto per me è bellissimo: se ti piace, resta, se non ti piace vai pure via; comunque grazie”.