La villa è stata realizzata tra la fine del Seicento e l'inizio del Settecento dal cardinal Vicario Gaspare Carpegna, che, sul modello della Villa Baldinotti-Yourk allora appartenente alla sua famiglia, edifica una grande azienda agricola gestita con sistemi innovativi, dotata di una residenza raffinata, il Casino Nobile, con un ciclo di affreschi del pittore Pietro Francesco Gasoli raffiguranti vedute del Montefeltro.

Nella villa si conservavano anche pregevoli sculture antiche, di cui restano alcuni pezzi. Il giardino aveva un ruolo fondamentale, sia perchè sul suo impianto era organizzata tutta la villa sia per le pregevoli essenze introdotte. Alla metà dell'Ottocento vengono rinnovate tutte le pitture del Casino, con un salottino dipinto alla pompeiana e una ambiente a trompe-l'oeil. L'ultima fase importante è quella novecentesca, dovuta alla baronessa Caterina von Sheyns, cui si devono altri cicli pittorici e le decorazioni esterne.

Nei tempi successivi si arricchisce di varianti ed aggiunte, aiuole, larghi viali e fontane, e passa di proprietà in proprietà.
Nel 1937 la costruzione viene smembrata tra collegi religiosi e cooperative ed infine nel 1981, la Villa Carpegna e quello che è rimasto del grande parco, con il belvedere ed un ninfeo chiamato "la grotta dell'asino", passano al Comune di Roma che li attrezza a verde pubblico.