Il Palazzo Farnese (o Villa Farnese) fu una delle molte dimore signorili costruite dai Farnese nei propri domini. Inizialmente doveva avere caratteristiche difensive come era comune nelle dimore signorili del territorio laziale tra XV e XVI secolo. Il progetto per una residenza fortificata venne inizialmente affidato ad Antonio da Sangallo il Giovane dal cardinale Alessandro Farnese il Vecchio. I lavori iniziarono nel 1530, ma furono sospesi nel 1546 a causa della morte del Sangallo. Il cardinale Alessandro il Giovane, insediatosi a sua volta a Caprarola, volle riprendere il progetto del nonno, così, nel 1547, affidò il cantiere al Vignola, ma i lavori ripresero solo nel 1559. Il Vignola modificò radicalmente il progetto originale: la costruzione, pur mantenendo la pianta pentagonale dell'originaria fortificazione, venne trasformata in un imponente palazzo rinascimentale, che divenne poi la residenza estiva del cardinale e della sua corte. Al posto dei bastioni d'angolo l'architetto inserì delle ampie terrazze aperte sulla campagna circostante, mentre al centro della residenza fu realizzato un cortile circolare a due piani, con il superiore leggermente arretrato. Vignola fece tagliare la collina con scalinate in modo da isolare il palazzo e, allo stesso tempo, integrarlo armoniosamente col territorio circostante; inoltre fu aperta una strada rettilinea nel centro del paesino sottostante, così da collegare visivamente il palazzo alla cittadina ed esaltarne la posizione dominante su tutto l'abitato.

All'interno della sontuosa dimora lavorarono i migliori pittori e architetti dell’epoca. I temi degli affreschi furono ispirati dal letterato Annibal Caro e realizzati da Taddeo Zuccari, poi sostituito, alla sua morte (1566), dal fratello Federico Zuccari, da Onofrio Panvinio e da Fulvio Orsini.

Alla villa sono annessi gli "Orti farnesiani" (con lo stesso nome dei giardini della famiglia sul colle Palatino a Roma), uno splendido esempio di giardino tardo-rinascimentale, realizzato attraverso un sistema di terrazzamenti alle spalle della villa, arroccati sul colle dal quale s'erge la costruzione e collegati dal Vignola con la residenza attraverso dei ponti. I lavori per il giardino furono iniziati nel 1565 da Giacomo Del Duca, utilizzando per i terrazzamenti la terra di scarico delle fondazioni della chiesa del Gesù a Roma, e si conclusero solo nel 1630, sotto la direzione di Girolamo Rainaldi.