E' evidente che, piuttosto che le venete ville-fattoria, il modello di villa Barbaro sono le grandi residenze romane, come villa Giulia o Villa d'Este che Pirro Ligorio realizzava a Tivoli a per il cardinale Ippolito d'Este. 

Sia il corpo centrale che le barchesse sono suddivisi in due piani. La pendenza del terreno comporta che mentre il piano nobile risulta soprelevato nel prospetto frontale, sul retro, verso la collina, esso da direttamente accesso al giardino segreto.

Il portico, benché progettato seguendo le proporzioni degli antichi monumenti dell'epoca romana, ha una funzione strettamente legata alla vita quotidiana della Villa: protegge dalle intemperie e permettere di passare rapidamente da un lato all'altro della Villa, ma ha soprattutto uno spazio di grande respiro per i lavori di campagna. 

Dai porticati si accede attraverso due doppie scalinate direttamente al piano nobile riservato alla famiglia e agli ospiti. 

Fulcro delle stanze di rappresentanza è la sala a crociera, l'ambiente centrale del corpo avanzato. Da qui, oltre a due piccoli ambienti di servizio, si può accedere alle sale verso la facciata: a ovest la stanza di Bacco, ad est il Tribunale d'Amore (sala dell'amore coniugale o di Venere). Dirigendosi verso il colle si entra invece nella stanza dell'Olimpo e per questa a destra si accedeva nell'appartamento di Daniele Barbaro, a sinistra in quello di Marcantonio e Giustiniana Barbaro. 

Entrambi i Barbaro ebbero un ruolo chiave in molte scelte architettoniche della Repubblica furono instancabili promotori dell'inserimento di Palladio nell'ambiente veneziano(promossero l'architettura classica con riferimenti romani). 

Per via femminile, la villa passò dai discendenti di Marcantonio ai Trevisan, da questi ai Basadonna, quindi ai Manin del ramo di Ludovico Manin, ultimo doge della Repubblica di Venezia. Questi ultimi la vendettero nel 1838 a Gian Battista Colferai che l'aveva in affitto già  da qualche anno, ma le sue eredi, per non spendere sostanze in un bene indiviso, la lasciarono andare completamente in rovina. 

Durante la prima guerra mondiale nell'edificio aveva sede il comando del generale Squillaci. Batterie dell'esercito sparavano dalle colline oltre il Piave, ma l'edificio rimase miracolosamente indenne. 

Nel 1934 fu acquisito da Giuseppe Volpi di Misurata, il quale l'affidò alle cure della figlia Marina, che se ne innamorò, vi si stabilì e continuò negli anni l'opera di restauro iniziata da Sante Giacomelli nel 1850. La villa è attualmente abitata dalla figlia di lei, Diamante Luling Buschetti, e dalla sua famiglia. Nel 1996 è stata dichiarata dall'UNESCO patrimonio dell'umanità assieme alle altre ville palladiane del Veneto.  

Le barchesse, pure a due piani, sono caratterizzate da un porticato a cinque arcate. 

Le ali agricole sono affiancate da due colombaie, leggermente avanzate: sopra le tre arcate, ben più distanziate rispetto alle precedenti, giganteggiano due meridiane: quella a ovest segna l'ora e l'inizio delle stagioni, quella est è un calendario zodiacale e indica mensilmente la data d'ingresso del Sole nel corrispondente segno dello Zodiaco. 

Dalla villa scende un'ampia scalinata, affiancata dai semplici giardini un tempo arricchiti da siepi in bosso disposte a formare eleganti disegni secondo la moda italiana. Essi continuano idealmente oltre la strada in un'esedra semicircolare con al centro la fontana del Nettuno, ed ancora oltre nel viale alberato che si allontana verso la pianura. 

Più semplice, e ad un solo piano, è il prospetto verso la collina. 

Su retro si apre il giardino segreto, ornato da una peschiera e dall'esedra del ninfeo. Anche quest'ultimo ricorda la struttura di un tempio: sopra il fronte semicircolare decisamente allungato, arricchito di stucchi e statue inserite in nicchie a esedra e rettangolari, si innalza un basso timpano. 

Nell'esedra, decorata con bucrani, festoni, putti e trofei, si aprono dieci nicchie all'interno delle quali si alternano dai e semidei (Diana, Apollo, Pan, Leda, ... ). Quattro telamoni dalle forme piuttosto sproporzionate sorreggono una bassa trabeazione con un motivo ad onda e, più sopra, un timpano con putti e motivi floreali.