La villa ha origine medicea, nascendo per volontà di Ferdinando de' Medici come residenza extraurbana.
Dopo vari passaggi, Bernardo Fabbricotti, nel 1881 la acquistò da Tommaso Lloyd. Il nuovo proprietario dette inizio ai lavori di ampliamento, trasformandola secondo il progetto dell'architetto Vincenzo Micheli, che si occupò anche della sistemazione del grande parco.
In origine, l'accesso alla villa avveniva attraverso l'ingresso monumentale di Via Roma; su quel lato affiancato dalle scuderie e dalle casette della servitù. Successivamente gli ingressi che introducevano solennemente alla villa divennero quelli di piazza Roma (ora piazza Matteotti) e di Viale della Libertà, coi loro cancelli, sormontati da ornamentali vasi di marmo.
Imboccandoli, s'incrociavano viali lussureggianti circondati da prati fioriti alla cui manutenzione erano addetti i giardinieri che si occupavano anche della serra e del vivaio. Tra le piante presenti vi sono pini, lecci, tigli, platani, palme, magnolie, eucalipti, cedri, ficus e cipressi ed un rarissimo esemplare di sequoia.
Per lo svago della famiglia, vennero costruiti una grandiosa cavallerizza ed un teatrino, con annessa pista di pattinaggio. Il parco fu ornato di statue e di busti per onorare personalità insigni e momenti storici.
Nel 1936 i Fabbricotti cedettero la proprietà al Comune di Livorno: questa comprendeva la villa, due case coloniche, l'alta torre ad uso di deposito dell'acqua (demolita negli anni '60) con i relativi annessi e il vasto parco, estendentesi per circa 27 ettari (in seguito venne drasticamente ridotto per fare spazio al nuovo quartiere circostante). Dell'antico parco sopravvivono oggi soltanto i viali di accesso.
Durante la seconda guerra, la villa fu sede del comando tedesco e poi di quello americano e subì ingenti danni. Oggi i suoi locali ospitano la Biblioteca Labronica.
Architettonicamente riprende i temi rinascimentali ed è similare, nel disegno, alla non distante Villa Mimbelli, anch'essa progettata da Vincenzo Micheli. L'esterno è caratterizzato da alcune serliane e da ampi finestroni a tutto sesto che alleggeriscono la cortina muraria, mentre l'interno si articola attorno ad uno scalone monumentale a doppia rampa.
Al primo piano è collocata la scultura "Madre educatrice", di Paolo Emilio Demi che, dapprima, fu ospitata nella chiesa del Soccorso e nel 1865 fu trasportata nell'Asilo Grabau; nel 1950, dopo essere stata dotata di un nuovo piedistallo, fu spostata nella Villa Fabbricotti.
Anche nel parco della villa si trovano numerose opere scultoree, come il monumento a Alfredo Jeri, di Antonio Vinciguerra. Dal distrutto Palazzo Balbiani (in via Grande) provengono i sei busti dei granduchi di Toscana, che un tempo adornavano la facciata del medesimo palazzo. Qui, venne collocata anche la statua di Giovanni Fattori che, in origine, si innalzava tra piazza della Repubblica e il Cisternino: realizzata nel 1925 da Valmore Gemignani, nel dopoguerra, fu trasferita nel parco della villa.
Nel 2008 sono cominciati i lavori di trasferimento al sito originario dei marmi che, prima della seconda guerra mondiale, ornavano la chiesa armena di San Gregorio Illuminatore; infatti, a seguito della demolizione della chiesa avvenuta nel dopoguerra, questi erano stati trasportati nel parco della villa e qui abbandonati.
Oggi la villa ed il suo parco sono meta, non solo degli utenti della Biblioteca ma di quanti, grandi e piccoli, vogliono ritrovare, in questo polmone verde, collocato nel cuore della città, un contatto diretto con la natura, impensabile in un mondo radicato nel cemento cittadino.