Si tratta di una delle più complete ville palladiane presenti in Veneto. Fu edificata tra il 1558 e il 1559 così come Palladio l'aveva progettata. L'edifico è menzionato anche nei Quattro Libri dell'Architettura di Palladio e il progetto corrisponde esattamente a come fu disegnata senza manomissioni o modifiche successive. Si tratta di un lavoro del Palladio maturo e ormai consolidato nella sua professione. La capacità del grande architetto di fondere insieme le esigenze funzionali e pratiche della vita agricola e dell'abitazione signorile e prestigiosa sono condensate egregiamente in villa Emo dove il corpo centrale, maestoso e slanciato, si lega alle due ali laterali simmetriche adibite a stalle e magazzini che si chiudono con due torri colombaie perfettamente proporzionate al copro della villa stessa.

Gli edifici funzionali alla conduzione delle campagne, che nella villa quattrocentesca sono casualmente disposti intorno all'aia, in villa Emo raggiungono una sintesi architettonica mai vista prima, che riunisce in un'unità lineare casa dominicale, barchesse e colombare. Il purismo del disegno è sorprendente quanto calibrato: basti guardare come le colonne estreme della loggia sono assorbite dal muro per 1/4 del loro diametro e graduano il passaggio dalla cavità in ombra alle pareti in piena luce. L'ordine architettonico scelto è il dorico, il più semplice, e persino le finestre sono prive di cornici.

Gli affreschi di Villa Emo sono attribuiti dagli studiosi al pittore Battista Zelotti, già compagno e collaboratore di Paolo Veronese nella Sala del Consiglio dei Dieci, nel soffitto della Libreria Marciana a Venezia, e impiegato nei cantieri palladiani di Villa Godi e di Villa Foscari detta La Malcontenta.

Gli affreschi sono datati dagli studiosi intorno al 1565 e li troviamo solo nel corpo padronale, vale a dire esclusivamente nella parte nobiliare occupata dai proprietari. Per buona parte tratti dalla Metamorfosi di Ovidio hanno matrice prevalentemente pagana con allegorie tipicamente romane ma anche qualche episodio di vita cristiana. Anche qui troviamo un artista nella sua piena maturità che gioca con le prospettive e riproduce elementi architettonici tridimensionali che esaltano la sontuosità degli spazi interni.