Nel sontuoso edificio dalla facciata neoclassica, realizzato dal Valadier, sono visitabili il Museo della Villa ed il Museo della Scuola Romana. Fu residenza di Mussolini dal 1925 al 1943 e poi base del comando anglo-americano dal 1944 al 1947
Dall'ingresso della Villa di via Nomentana si nota subito uno scalone che introduce ad un ampio spiazzo dominato dalla neoclassica facciata, originaria del Valadier, con capitelli in stile ionico che sorreggono un frontone triangolare con un altorilievo in terracotta rappresentante una scena di Trionfo di Bacco realizzata da Rinaldo Rinaldi.
Dal 1925 al 1943 il Casino Nobile fu usato come residenza di Mussolini a Villa Torlonia che vi abitò insieme alla famiglia: in tale periodo furono aggiunti alla struttura due bunker (uno antigas ed uno antiaereo,non visitabili) e operati ammodernamenti. Molte le foto dell’epoca che ritraggono il duce mentre gioca a tennis, tira di scherma e guida un cavallo. Mussolini con la sua famiglia si trasferì al Casino Nobile, mentre il principe si trasferì alla Casina delle Civette. Il duce pagava un affitto annuale simbolico di una lira; affitto concesso alle stesse condizioni anche dopo la morte del principe, avvenuta nel 1939, dall'erede Alessandro Gerini. La famiglia Mussolini lasciò la Casina dopo il 25 luglio 1943. Dal 1944 al 1947 la villa fu occupata dal comando anglo-americano.
Nel periodo successivo alla guerra, la villa, tornata alla proprietà dei Torlonia, venne abbandonata attraversando un periodo di decadenza, fino a quando, nel 1978, venne acquistata dal Comune di Roma e trasformata in parco pubblico. Dal 1991 iniziò il restauro dei vari edifici, trasformati in sedi museali.
La parte inferiore di questa facciata era formata da una base d'appoggio a bugnato con parti imitanti il travertino. Qui, anticamente, era consentito l'accesso alle carrozze.
Ingresso. Questa sala è di forma ellittica con dodici colonne in marmo bianco. La volta è suddivisa in scomparti da stuccature, per ogni scomparto vi sono raffigurati gli stemmi Torlonia (sei rose rosse e due stelle comete) ed allegorie della Fama. Le pareti sono in simil-marmo fior di pesco. Il pavimento è in marmo di Carrara e bardiglio che riprende il disegno del soffitto.
Primo vestibolo. Questa sala è la prima alla sinistra dell'ingresso. Le pareti sono in simil-marmo-breccia corallina. Il soffitto è a cassettoni con parti dorate e figure raffiguranti putti, piccoli rosoni e volute. Da ammirare un'amazzone di Bartolomeo Cavaceppi, in marmo di Carrara, copia dell'Amazzone Mattei conservata nei Musei Capitolini.
Bagno. Questa sala è ispirata alle "stufe" rinascimentali sia alla sua disposizione nel contesto dell'edificio che nelle pitture murarie a grottesco. Tra le pitture, realizzate da Pietro Paoletti, che raffigurano storie vi sono: Leda con il cigno, Diana e Callisto, Pan e Siringa, Nascita di Venere, Ratto di Europa. Questi quadri, posti tra decorazioni dai colori vivaci, sono eseguiti con la tecnica di olio su muro.
Biblioteca. Al centro, un quadro di Pietro Paoletti raffigurante Dante e Virgilio che incontrano i poeti antichi.
Stanza a berceau, ossia con una decorazione della volta che crea un finto pergolato. Al centro era posto un riquadro con putti volanti intorno ad uno stemma dei Torlonia. Vi sono tre copie di bassorilievi di Antonio Canova, tra cui spicca la mirabile Danza dei Feaci. Su un lato il dipinto di Socrate che beve la cicuta.
Ovunque si guardi, colpiscono la bellezza e l'originalità di soffitti (traforati, a berceau, affrescati) e pavimenti (intarsiati, con mosaici, arricchiti con elementi egizi etc.) oltre a quanto si trovi nel mezzo degli stessi.
Portico. La stanza, collega le due ali del palazzo. è marcata da colonne toscane in travertino e dà all'esterno mediante porte vetrate. Due statue: una raffigurante di Athena Parthénos di tarda età traianea, copia romana dell'originale crisoelefantino di Fidia; in marmo pentelico con integrazioni in marmo lunense e proveniente dallo studio dello scultore Cavaceppi. un'altra raffigurante la "Grande Ercolanense" o Cerere, in marmo.
Camera di Psiche, chiamata così per gli affreschi istorianti scene di Psiche realizzati sulla volta da Pietro Paoletti in stile raffaellesco.Le altre opere nella stanza sono le statue: Diana cacciatrice della scuola di Bertel Thorvaldsen, della metà del XIX secolo, in marmo di Carrara, un satiro acefalo di Bartolomeo Cavaceppi in gesso, Testa di donna in marmo di Carrara e più grande del reale.
Camera dei poeti e degli artisti italiani. Figure di grandi letterati rappresentate sulla volta (Dante, Petrarca, Leonardo, Michelangelo etc.)
Il secondo vestibolo è una sala limitrofa all'ingresso, pitturata ad il marmo giallo antico. Il soffitto è a cassettoni con stucchi a forma di rosette e foglie di acanto. Tra le statue la Pudicizia di Bartolomeo Cavaceppi in marmo di Carrara, la Pandora di Bartolomeo Cavaceppi anche questa statua è in marmo di Carrrara, Adriano e Caracalla, entrambe dello studio di Bartolomeo Cavaceppi.
La sala da ballo. È la sala centrale del Casino Nobile e in altezza occupa 2 piani. Le pareti sono decorate in giallo antico a simulare il marmo. Le statue nella sala sono un’ Afrodite di età flavia (I secolo d.C, ed personaggio togato di età augustea.
La scalinata congiunge il pianterreno col piano nobile e fu costruita dal Caretti in un piccolo spazio, con scalini sono in marmo e ringhiera balaustrata in bronzo cesellato.
Anticamera. La scalinata immette all'anticamera del piano nobile composta della loggia del pronao. Qui i soffitti sono decorati da Decio Trabalza con rappresentazioni dell'Aurora, del Giorno e della Notte. Nell'anticamera vi sono le busti virili, due dei quali loricati.
La sala di Bacco. Chiamata così per gli affreschi delle Storie del mito di Bacco, realizzati da Francesco Podesti; lo stesso pittore dipinse in questa sala anche gli affreschi delle Quattro stagioni e dei Tre continenti delle pareti. Il pavimento è costituito da un mosaico colorato raffigurante Ercole bambino che strozza i serpenti.
Camera gotica. Quasi interamente affrescata e mosaicizzata dal Caretti in stile gotico. Le vetrate sono dipinte a trompe-l'œil. Il pavimento è mosaicizzato con tessere di marmo sempre in stile gotico.
Gabinetto di Venere. Trattasi di una piccola stanza con soffitto a cassettoni con al centro un riquadro attribuito a Luigi Coghetti, La toletta di Venere.
Camera da letto. Come conclusione dei due lati vi erano altrettante camere da letto con panneggi a cortine da letto a baldacchino con, al centro, dei riquadri inerenti a "La Toletta di Venere" e "Psiche portata dai Venti" di Pietro Paoletti. La stanza è in stile neobarocco ed è databile agli inizi del Novecento. Appartenne a Giovanni Torlonia junior, indi a Benito Mussolini dal 1923 al 1943. Il letto è realizzato su una base lignea di olmo con placcature in noce. I due comodini ed il comò con maniglie antropomorfe sono in stile seicentesco ligure.
Stanza di passaggio. Questa stanza venne usata da Mussolini come budoir ed è ricoperta da carta da parati. Un restauro ha portato alla luce un piccolo fregio ed un affresco dello stesso stile della Sala di Bacco.
Cappella di Alessandro. Ai lati del paliotto vi sono due angeli che sostengono un drappo con un cartiglio con la scritta Ave Maria. Vi sono esposte formelle e lunette ispirate ai santi.
Camera egizia, così chiamata per gli affreschi alle pareti d'ispirazione egizia di Luigi Fioroni rappresentanti delle storie di Cleopatra e Marco Antonio.Gli affreschi sono circondati da un affresco a cornice con geroglifici, colonne finte e architetture di basalto finte, la pavimentazione è realizzata con marmo e bardiglio, con due mosaici. Come attestano gli arredi (mensole poggia vivande) questa camera anticamente era utilizzata come sala da pranzo. ˜È completamente affrescata con scene richiamanti Alessandro il Macedone (con allusione elogiativa al committente Alessandro Torlonia). Il fregio a bassorilievo raffigura il trionfo di Alessandro a Babilonia, opera di Bertel Thorvaldsen. Sulle pareti vi sono dipinte delle allegorie. Il pavimento è realizzato a commesso con scene zodiacali, realizzato da Carlo Seni, in uno stile detto "all'etrusca".
Il Museo della Scuola Romana. Ubicato nel piano più alto dell’edificio, raccoglie le opere, perlopiù quadri, inerenti a un periodo che va dalla Prima e la seconda guerra mondiale ed appartengono alla "Scuola di via Cavour" ed al realismo romano. Opere di Corrado Cagli; Giuseppe Capogrossi; Mario Mafai; Renato Guttuso; Antonio Donghi; Francesco Trombadori ed altri.