W 1576 roku willę nabył 26-letni kardynał Ferdynand I Medyceusz. Zlecił on rzeźbiarzowi i architektowi Bartolomeo Ammannatiemu rozbudowę posiadłości, by stworzyć miejsce przeznaczone do ekspozycji swojej kolekcji starożytnych rzeźb i marmurów. Pokoje ozdobił wybitny florencki malarz manierystyczny Jacopo Zucchi. Prace architektoniczne i dekoracyjne zostały przerwane w 1587 roku, kiedy Ferdynand, po śmierci brata, został Wielkim Księciem Toskanii i powrócił do Florencji.
Francuska Akademia w Rzymie Sama Francuska Akademia w Rzymie została założona wcześniej, bo w 1666 roku, z inicjatywy Jean-Baptiste Colberta i króla Ludwika XIV. Jej celem było goszczenie młodych, francuskich artystów – laureatów nagrody Prix de Rome – by mogli zgłębiać sztukę starożytną i renesansową. Instytucja początkowo mieściła się w innych budynkach, głównie w .
W 1793 roku, w wyniku rewolucji francuskiej, Akademia została zlikwidowana. Zreorganizowano ją i otwarto ponownie za sprawą Napoleona Bonapartego w 1803 roku. Napoleon przeniósł jej siedzibę do Villa Medici, dokonując wymiany budynków z ówczesnymi właścicielami. Od tego czasu w willi mieszkali i tworzyli m.in.