La villa sorge sulle rovine di una torre risalente alla seconda metà del Mille e di una fortezza medievale del XIII secolo, distrutte a causa di numerose guerre tra il XV e XVI secolo, periodo in cui Firenze prese il dominio su Pisa. Fu proprio in questo momento che le famiglie facoltose fiorentine, come in questo caso i Medici adocchiarono i vari terreni del contado pisano.
I Medici si interessarono al borgo di Castel Tonini e nel giro di poco riuscirono a diventare proprietari del borgo costruendo la villa Medicea. Nel 1774 venne chiamato dalla famiglia Banti il pittore fiorentino Pietro Giarré che affrescò l’interno della villa con temi classici ed arcadici inquadrati da una fastosa architettura illusionistica. Nel corso degli anni molte furono le famiglie che abitarono in villa ed è grazie proprio a loro che il suo aspetto è rimasto immutato nel corso degli anni.
