I Pisani di Santo Stefano, cui si deve la costruzione della villa, costituivano un importante ramo del casato Pisani, antica famiglia patrizia veneziana. Arricchitisi enormemente nel corso del Trecento grazie ai traffici commerciali e alle rendite immobiliari, nel Quattrocento divennero proprietari di un ampio feudo nella bassa padovana e nello stesso giro d'anni intrapresero anche la costruzione del grande palazzo veneziano di Campo Santo Stefano (l'attuale conservatorio "Benedetto Marcello"), che giunse a termine solo nel Settecento. E fu proprio quest'ultimo il secolo d'oro della famiglia, che arrivò a ricoprire le più alte cariche della Repubblica di Venezia. Alvise Pisani (1664 - 1741) fu ambasciatore alla corte del Re Sole, il quale fu padrino di uno dei suoi figli, e venne poi eletto doge nel 1735. Ma la decadenza era già alle porte: il crollo della Repubblica (1797) prima, il vizio del gioco poi spinsero i Pisani a indebitarsi rovinosamente. Fu per questo che si trovarono costretti a vendere la villa a Napoleone Bonaparte che era diventato re d'Italia nel 1805, l'11 gennaio 1807, per 1.901.000 di lire venete.
La villa venne quindi donata dall'imperatore Bonaparte al figliastro Eugenio di Beauharnais, vicerè d'Italia, il quale commissionò una serie di lavori di ammodernamento che cambiarono l'aspetto di molte sale della residenza e del parco.
Nel 1814 le sorti dell'Europa, decise a Waterloo, portarono a Villa Pisani la famiglia imperiale asburgica, ora divenuta signora del regno Lombardo-Veneto. La dimora divenne così luogo di villeggiatura prediletto dall'imperatrice d'Austria Marianna Carolina e ospitò l'intero gotha dell'aristocrazia europea, dal re di Spagna Carlo IV, allo zar di Russia Alessandro I, dal re di Napoli Ferdinando II, al re di Grecia Ottone e molti altri. La brillante atmosfera di vita di corte ebbe termine nel 1866, quando il Veneto venne annesso al regno d'Italia. La Villa non entrò a far parte dei beni della corona di casa Savoia ma divenne invece proprietà di stato, perdendo così la sua funzione di rappresentanza. Non più abitata, divenne museo nel 1884 e fu meta di visita di personaggi quali Wagner, D'Annunzio (che vi ambientò una scena fondamentale del suo romanzo Il Fuoco), Mussolini e Hitler (il cui primo incontro ufficiale avvenne qui, nel 1934), Pasolini (che girò nelle sale della villa e nel parco un episodio del suo film Porcile).
Il piano nobile, formato da trenta sale, conserva affreschi, dipinti e arredi originali. Un grande sfarzo è raggiunto nella sala da ballo, posta al centro dell'edificio. Giambattista Tiepolo, massimo esponente della pittura settecentesca in Italia, vi affrescò, sul soffitto, la Gloria della famiglia Pisani, capolavoro salvo per miracolo, dal momento che ai primi dell'Ottocento stava per essere eliminato, nell'ambito del grandioso progetto di ammodernamento dell'edificio voluto da Eugenio di Beauharnais. Di particolare interesse è l'appartamento napoleonico, ricco di tesori: il grandioso letto a baldacchino sormontato dall'iniziale dell'imperatore, gli splendidi cassettoni opera dell'intarsiatore lombardo Giuseppe Maggiolini, prediletto dalle corti europee, i monocromi di Giovanni Carlo Bevilacqua che narrano il mito di Eros e Psiche ed i preziosi mobili in stile Impero realizzati appositamente per villa Pisani. All'interno della Sala da Pranzo la tavola è apparecchiata con un servizio di piatti usato dalla corte napoleonica.
Il parco, vincitore del premio “Parco più bello d'Italia 2008”, occupa un'intera ansa del naviglio del Brenta, per un'estensione di ben 11 ettari e un perimetro esterno di circa 1.500 metri. Venne realizzato su progetto dell'architetto padovano Girolamo Frigimelica de' Roberti. Nel Settecento la spettacolare vista era arricchita da broderies con grandi statue colossali ai lati. L'organizzazione del parco per lunghe prospettive richiama i modelli francesi applicati da Andrè Le Nôtre a Versailles e si incrocia con la tradizione veneta del giardino cintato, aperto mediante portali e finestre che prolungano le viste sul Brenta. L'Ottocento austriaco si caratterizzerà, invece, per la grande attenzione dedicata alla botanica in vaso e in terra, con le serre tropicali e l'inserimento di grandi esemplari arborei, prima che il revival del '900 introducesse lunghe siepi di bosso e la grande vasca d'acqua del parterre.
