Den mektige venetianske patrisieren Giorgio Cornaro fikk bygget denne villaen. Arbeidet var igang i mars 1553, og alt i april året etter var bygningen saa langt ferdig at Palladio var til middag der. I juni overtok Cornaro og hans kone Elena formelt det ennå ikke ferdigstilte bygget. Ved overtagelsen var kun den sentrale delen av bygningen ferdig, og både loggiaens øvre etasje og fløyene måtte fremdeles bygges. Den øvre delen av loggiaen ble bygget i 1569 og 1588. På det siste tidspunktet var det Palladios elev Vincenzo Scamozzi som stod for byggingen.
For Palladio var dette oppdraget og det samtidige oppdraget med Villa Pisani i Montagnana et uttrykk for øket prestisje.
Villa Cornaro har en utforming og dekor som ligner på et palass. Det ligger ikke ved jordbruksarealene og driftsbygningene, men ut mot en gate. Denne villaen er ikke et bygg som er bygget for gårdsdrift slik de fleste av Palladios villaer er, det er en landlig bolig.
Den sentrale hallen har fire søyler og er dekorert med statuer. Mot gaten er det en smalere vestibyle og ut mot haven er det en loggia. På begge sider av hallen er det rom som er plassert symmetrisk.
Vanligvis er den øvre etasjen i Palladios villaer til bruk som lagerrom. Her er rommene brukt som bolig, mens rommene i hovedetasjen er til for å ta imot besøkende.
Tempelfronten på villaen går over to etasjer med søyler i begge etasjene. I dette ligner villaen loggiaen i Palazzo Chiericati som stammer fra samme tid.
