L’impianto tipologico di Villa Dionisi ricalca lo schema tradizionale della villa veneta: ai lati del vasto salone centrale, con ingressi dalle due estremità, sono disposte, in simmetria, le varie stanze dai moduli larghi e luminosi. Un sontuoso scalone, con soffitto e decorazioni architettoniche dipinte da Giuseppe Montanari, conduce al piano superiore dove l’impianto, immutato, s’impernia attorno al salone centrale coperto da una bella volta affrescata dal Gru e dal Montanari. Nelle sale la spartizione delle pareti ricorre ai panneaux: leggeri e allungati riquadri verticali incorniciati da delicate profilature in stucco, in cui vengono armoniosamente inserite le porte, le finestre, I ritratti degli avi e dei “signori di casa”. In questa ricerca di grazia, di forme eleganti e leggere, si disvela l’adesione al gusto ‘privato’ del rococò.
L’alcova, progettata sembra per i brevi soggiorni del fratello diacono Giovanni Jacopo, si rivela un autentico gioiello architettonico dell’interno: la finezza del disegno e della decorazione a stucco, l’uso accorto delle linee dolcemente curve dell’arco e delle paraste che delimitano l’area del letto, il luminoso cromatismo delle pareti dove il bianco si associa a colori tenui, le figure dei santi entro tondi e le graziose testine sui capitelli, tutto è perfettamente studiato sì da creare un mirabile effetto unitario.
La biblioteca, un tempo sala di lettura, studio e archivio della famiglia Dionisi raccoglie oggi una collezione di libri sul mobile.
