Pour décorer sa somptueuse maison, Farnese demanda, au cours des années 20, à divers artistes de s’occuper de la décoration des murs. Il en résulte aujourd’hui une splendide collection de fresques, qui demeurent toujours l’aspect le plus admirable de la villa. Parmi les artistes à avoir contribué à la décoration des murs, on trouve notamment les frères Zuccari, Jacopo Zanguidi et Giovanni Antonio da Varese.
Les pièces de la villa portent le nom des iconographies représentées sur les murs. Modèle des plus grandes académies européennes du début du XVIIe siècle, leurs fresques abordent souvent des thèmes mythologiques et représentent fréquemment les amours des dieux. Parmi les plus célèbres pièces de la maison, on trouve le salon Hercule, qui regorge de merveilles ornementales, comme des frises sculptées dans la pierre ou de somptueux plafonds à caissons sculptés en bois, mais également la galerie Annibale Carrache, dont le raffinement technique inspira par la suite de nombreux maîtres, parmi lesquels Ingres, Rubens ou même Delacroix.
