L'edificio che ospita il Museo Villa dei Cedri, è una villa di origine almeno ottocentesca, frutto di diversi interventi di trasformazione susseguitisi nel tempo. Se inizialmente la casa di campagna presentava sobrie forme tardo neoclassiche, l'aspetto attuale è dovuto principalmente all'ampliamento progettato dall'architetto milanese Nelusco Mario Antoniazzi su commissione del banchiere Arrigo Stoffel, il quale acquistò la proprietà nel 1931.
La villa sorge a Ravecchia, villaggio situato sul declivio dei torrenti Dragonato e Guasta, a sud di Bellinzona, città alla quale fu aggregato nel 1907. Sul finire dell'Ottocento, Ravecchia era considerato "il più bel sobborgo di Bellinzona, ricco di vegetazione, di ville e con vista imprendibile sulla bassa valle del Ticino fino al Lago Maggiore" (Dizionario geografico svizzero, 1906). In questo luogo di residenza e villeggiatura si praticavano agricoltura, giardinaggio, allevamento di bestiame e si trovavano vaste piantagioni di alberi da frutto. Non sorprende dunque che questa zona amena sia stata scelta per edificare una villa suburbana, dimore solitamente frequentate dalla tarda primavera all'autunno, secondo l'uso diffuso tra le famiglie patrizie bellinzonesi, come lo erano i Bonzanigo, primi proprietari della villa finora noti. La dimora cambiò mano diverse volte: dal 1868 al 1905 fu proprietà della famiglia Farinelli, quindi passò ai Resinelli, che la vendettero nel 1926 a Enrico Guscio, e nel 1931 Arrigo Stoffel la acquistò dalla Banca popolare.
I passaggi di proprietà furono accompagnati da modifiche apportate alla villa e al parco. In particolare l'ampliamento e le trasformazioni degli anni '30 del XX secolo rispondono ai criteri di rappresentatività della borghesia, soddisfano le esigenze di piacere e riposo dei proprietari e instaurano uno stretto rapporto tra la villa e il parco, tra l'architettura e la natura, attraverso la costruzione di terrazze, una veranda, una loggia e la torre belvedere, vero e proprio status symbol dell'architettura residenziale del periodo, come dimostrano i numerosi esempi diffusi in Ticino. Tutti questi elementi consentono di ammirare il parco e il panorama circostante da diverse angolature e rompono la rigidità dell'edificio compatto di impronta tardo neoclassica in sintonia con la tendenza pittoresca alla scomposizione dei volumi, tipica delle ville eclettiche. L'estetica del pittoresco si ritrova nel giardino ridisegnato come parco paesaggistico, detto all'inglese, senza però rinunciare ai vantaggi pratici della coltivazione, che continua ad essere praticata: vigna, orto, frutteto e serre completavano il quadro di questa oasi verde.
All'interno, la villa presenta notevoli pavimenti a parquet, soffitti ornati di motivi ornamentali a stucco, camini (in parte rimossi) e pannelli con vedute fluviali e lacustri nell'atrio e sopra le porte, che obbediscono all'idea di ampliare gli orizzonti della villa stessa.
Dal 1978 la villa e il suo parco di alberi secolari sono di proprietà del Comune di Bellinzona e, dal 1985, sede della Civica galleria d'arte, oggi Museo Villa dei Cedri. Il cambiamento di destinazione ha comportato alcuni interventi che non hanno però modificato la struttura e lo stile dell'edificio, che conserva il suo carattere di dimora borghese.