La facciata verso viale Trinità de' Monti è severa,  semplice e disadorna, diversa da quella verso il giardino, vasta, ariosa e arricchita da nicchie, bassorilievi, ghirlande e medaglioni. La facciata interna fu infatti splendidamente adornata, come oggi si ammira, in una soluzione di museo-giardino. Questo gusto di incastonare bassorilievi e statue su una facciata era frutto della nuova moda del collezionismo antiquario creatosi a Roma alla fine del Cinquecento per la presenza di un'enorme quantità di materiale archeologico rinvenuto in molte proprietà e altrove, e quasi sempre in modo fortuito. Le statue e i busti che si trovavano nelle nicchie della facciata sul giardino sono scomparsi, ma il resto testimonia il perfetto accordo con l'architettura che ha conferito alla facciata un carattere unico, frutto della trasformazione di Ferdinando de' Medici. Tutte le vedute fornite dalle fonti, mostrano la ricchezza di una facciata completamente ricoperta di rilievi, busti e statue. Oggi soltanto i rilievi romani testimoniano l'antica grandezza. La facciata interna della villa è di gusto tipicamente romano, per l'incastonatura dei bassorilievi, l'inserimento di statue e medaglioni ad imitazione dei ninfei delle antiche ville romane, mentre fiorentino è il motivo delle sei colonne e della serliana centrale. Nella villa i Medici raccolsero una collezione (oltre quella già proprietà Ricci) composta da 128 statue, 54 busti e teste, 28 bassorilievi, 31 colonne. Tra queste statue furono acquistati il gruppo dei Niobidi del 1583, l'Arrotino, la celebre Venere, detta dei Medici. Divenuto granduca il cardinale si trasferì a Firenze e quindi si fermarono i lavori intrapresi senza che fossero conclusi. La maggior parte dei pezzi fu trasferita a Firenze. Le opere più famose furono nuovamente inviate a Firenze e il resto fu conservato nella galleria, oltre ai pezzi più importanti sparsi nel giardino, con una chiara finalità museografica simile a quella dei Musei Capitolini. Dal 1780 la spoliazione della villa diventa sistematica, le nicchie della galleria e della terrazza del bosco vengono private delle statue, come quelle della facciata del palazzo emigrano a Firenze i grandi bronzi, le colonne, le teste più significative. I pezzi che non trovarono posto nella nuova disposizione furono dispersi in vendite antiquarie.