Commissionata dal colto giurista Giovanni Maria Bertolo a Baldassarre Longhena, che la realizzò tra 1665 e 1670, la villa, che si trova sulle pendici del Monte Berico, venne trasformata nel 1736 da Francesco Muttoni per Giustino Valmarana, a cui deve il nome con cui è maggiormente nota.
L'appellativo “ai Nani”, invece, è determinato dalle statue di pietra che oggi decorano la recinzione ma un tempo sparse nel giardino, secondo la risistemazione dello stesso avvenuta nel 1785 per opera di Elena Garzadori.
Se la semplice facciata non ha particolari “acuti” architettonici, se si esclude il piccolo timpano sormontato da tre statue, è l'interno a determinare la fama della villa e della foresteria, che conservano affreschi di Giambattista Tiepolo e del figlio Giandomenico, realizzati nel 1757. I cicli illustrano i grandi poemi del passato (Iliade e Eneide) e dell'età moderna (Orlando furioso e Gerusalemme liberata).