Nel progetto di villa Pisani l’obiettivo di Palladio è ambizioso: realizzare una dimora di campagna che sia adeguata ai raffinati gusti dei fratelli Pisani e al tempo stesso in grado di offrire una risposta concreta e razionale in termini di organizzazione di tutto il complesso degli annessi agricoli. Palladio infatti inserisce in un disegno unitario casa padronale, stalle, barchesse e colombare, vale a dire quegli elementi che nella villa quattrocentesca si affacciavano sull’aia in un disegno casuale, privo di gerarchie funzionali e formali. Al tempo stesso, le necessità pratiche della vita agricola sono tradotte in forme inedite, in un nuovo linguaggio ispirato all’architettura antica. Come un tempio romano, la villa sorge su un alto basamento che dà slancio all’edificio e accoglie gli ambienti di servizio.
La grande sala centrale a “T” è coperta a botte come gli edifici termali antichi, riccamente decorata e illuminata da un’ampia finestra termale: uno spazio radicalmente diverso, per dimensioni e qualità formale, dalle sale delle ville prepalladiane, tradizionalmente più piccole e coperte da un soffitto piano con travi di legno. Una ricca decorazione pittorica ad affresco, con scene tratte dalle Metamorfosi di Ovidio dovute probabilmente alla mano di Francesco Torbido (1482/84-1561), dialoga con lo spazio architettonico esaltandone la monumentalità.
Un ricco dossier di disegni autografi, oggi conservati a Londra, documenta l’evolversi del progetto palladiano. Nelle prime ipotesi si affollano suggestioni derivanti dalle architetture antiche e moderne visitate nel viaggio a Roma appena compiuto (da villa Madama di Raffaello al Belvedere bramantesco, sino alla cappella Paolina di Sangallo) accanto a elementi più specificamente veneti: la disposizione delle stanze, la loggia serrata da due torrette come in villa Trissino a Cricoli o il potente bugnato sanmicheliano della facciata sul fiume.