La planta está constituida por un cuadrado en el que los dos ejes perpendiculares se prolongan a través de cuatro pórticos que constituyen las cuatro entradas de la villa. Así pues, llamar a la Villa Capra "Rotonda" (redonda) es -pese a su indiscutible popularidad- es técnicamente incorrecto, ya que la planta del edificio no es circular, sino que puede ser mejor definida como la superposición de un cuadrado y una cruz griega.
Cada una de las cuatro fachadas presenta un volumen avanzado con una galería, (loggia) a la que se accede mediante amplias escalinatas externas. Son bellísimos pórticos hexástilos de columnas jónicas que sostienen un frontón triangular coronado por acróteras en los vértices. Cada uno de estos pórticos está calramente inspirado en las entradas de los templos romanos cuyas ruinas aún se podían contemplar en la Roma renacentista. Sin embargo, mientras en la antigua Roma el pórtico definía la entrada del edificio -y, con ella, el eje que lo recorría de extremo a extremo- Palladio lo utiliza con una finalidad muy distinta. Palladio los usa para abrir el edificio a su entorno, en una solución típicamente manierista (toma elementos de la arquitectura clásica, pero los usa para finalidades distintas de las que les correspondían en la antigüedad)
Desde cada una de estas cuatro entradas se accede, tras atravesar un corto pasillo o corredor, a la sala central, cubierta por la cúpula. Esta sala central resulta bastante oscura ya que sólo recibe luz de los cuatro corredores de acceso y del pequeño óculo que se encuentra en el centro de la cúpula. Esta sala circular, es el centro neurálgico de la composición, y partiendo de ella Palladio imprime al conjunto fuerza centrífuga y abriéndolo hacia el exterior mediante las cuatro pronaos y escalinatas, ya citadas.La villa presenta así una arquitectura abierta, relacionada con la ciudad y el campo circundante.
Considerado en alzado, el edificio presenta -al modo de los antiguos monumentos romanos- en su centro el nivel principal, elevado sobre un podio y coronado por un ático. Pero a diferencia de ellos -de nuevo el manierismo- los niveles del podio y el ático no son macizos y meramente decorativos, sino que los utiliza para situar habitaciones complementarias. El nivel inferior (el del "podio") contiene habitaciones para los servicios de la casa (con el tiempo también sirvieron de apoyo para las labores agrícolas) y en el nivel del ático se ubicaron las habitaciones de la servidumbre (comprobar el dato) Esta magnífica solución, original de Palladio, ha sido profusamente utilizada por la arquitectura neoclásica de la época contemporánea y es una de las claves del inmenso éxito de la arquitectura palladiana en lo siglos recientes.
Palladio utiliza proporciones armónicas, sus fachadas se caracterizan por una excepcional elegancia basada en la sencillez —casi austera— y la serenidad compositivas. Fue el primer arquitecto que desarrolló un sistema organizado para las disposición de las habitaciones privadas. También fue el primero que ubicó en edificios residenciales pórticos con frontones, propios de los templos clásicos, como los que se pueden contemplar en las cuatro fachadas idénticas de Villa Rotonda, compuestas por seis columnas jónicas sobre un elevado podium precedido por una escalinata. Su legendaria elegancia está vinculada también a su habilidad como cantero, trabajo en el que había dado sus primeros pasos
Destacan de modo especial las logias o pórticos situados en cada uno de los cuatro lados y que acaban de dar a la estructura cuadrada exterior una forma de cruz griega. Dichas logias proporcionan una vista preciosa del campo desde cada una de las cuatro fachadas. En el podio de los muros de las escaleras aparecen esculturas de Lorenzo Rubini que representan varias deidades clásicas. En el sótano se encuentran las cocinas y la administración. Como datos complementarios, los estucos de la cúpula y los techos son obra de Augusto Rubino, Ruggiero Bascape y Domenico Fontana, y los frescos de la cúpula son hechos por Alessandro Maganza
