Le palais est l'une des nombreuses demeures seigneuriales construites par les Farnèse sur leurs propres domaines.

Le projet initial est celui d'une forteresse défensive, confié dans un premier temps, par le premier cardinal Alexandre Farnèse, à Antonio da Sangallo le Jeune et à Baldassarre Peruzzi, assistés de Sebastiano Serlio, projet qui est ensuite repris par Vignole.

En 1504, le cardinal Alexandre Farnèse, futur pape Paul III, acquiert le domaine de Caprarola. Il fait réaliser des projets de château fort ou de rocca par les architectes Antonio da Sangallo le Jeune et Baldassare Peruzzi[1].

Les dessins de plans de Peruzzi qui nous sont parvenus, montrent un ensemble pentagonal avec chaque face du pentagone inclinée vers l'intérieur et vers son centre pour permettre le tir de ratissage, à la fois du centre et des bastions en saillie qui avancent à chaque angle de la forteresse.

Le plan de Peruzzi montre également une cour pentagonale centrale et il est probable que le développement ultérieur de la cour centrale circulaire a également été déterminé par les nécessités du plan pentagonal.

Les fondations pentagonales de la forteresse, construites probablement entre 1515 et 1530[2], devinrent la base sur laquelle repose la villa actuelle : ainsi la forme générale de la villa a été prédéterminée par les fondations initiales de la rocca.

En 1556, Alexandre Farnèse le jeune (petit-fils de Paul III), connu pour promouvoir les intérêts de sa famille, est un homme de lettres courtois ; mais, la famille Farnèse dans son ensemble est devenue impopulaire auprès du pape suivant, Jules III, et, en conséquence, Alexandre Farnèse décide qu'il serait préférable de se retirer du Vatican pendant un certain temps.

Il choisit Caprarola, sur l'exploitation familiale de Ronciglione, à la fois proche et pourtant assez loin de Rome, comme le lieu idéal pour construire une maison de campagne.

Il projette de transformer cet édifice, construit en partie fortifié, en villa ou maison de campagne : le bâtiment devient semblable dans sa fonction aux villas de la récente aristocratie terrienne anglaise cherchant à dissimuler la nouveauté de sa richesse et de son pouvoir[3].

Le cardinal modifie le projet initial, en maintenant cependant le plan pentagonal, et commande à Giacomo Barozzi da Vignola son architecte[4], les travaux de construction qui commencent en 1559. Lorsque celui-ci reprend le chantier, la construction ne dépasse pas les fondations et le sous-sol[3].

Le pentagone fortifié est transformé en un imposant palais qui devient ensuite la résidence estivale des frères Farnèse, le duc, gendre de Charles Quint, et le cardinal, et de leurs cours.

Vignole travaille sur la villa à Caprarola jusqu'à sa mort en 1573[5].