Si trova su via della Lungara, nel Rione Trastevere, nel Municipio I ed è uno degli edifici rappresentativi dell'architettura rinascimentale del primo Cinquecento.

Progettata da Baldassarre Peruzzi fu il prototipo della villa suburbana romana e la sua realizzazione ebbe notevole risonanza, anche perché a partire dal 1511, completate le murature, la residenza fu affrescata secondo un programma iconografico di straordinaria ampiezza affidato ai più grandi artisti del periodo: lo stesso Peruzzi, Sebastiano del Piombo, Raffaello Sanzio e la sua scuola (compreso Giulio Romano) e Il Sodoma.

La villa Farnesina è interessata anche da ritrovamenti archeologici localizzati sotto una parte del giardino, dove è stata ritrovata, nel XIX secolo, una lussuosa casa, risalente all'epoca augustea, che si ritiene possa essere stata la residenza di Marco Vipsanio Agrippa e Giulia maggiore. Tale residenza è stata denominata Casa della Farnesina ed è particolarmente ricca di affreschi, molti dei quali sono oggi a Palazzo Massimo alle Terme.