La Villa Medicea di Coltano si trova nella frazione pisana di Coltano, immersa nel verde dell'omonima Tenuta di Coltano. Sebbene al centro di una vasta piana, la Villa è circondata da alberi ad alto fusto tanto da risultare invisibile dai dintorni.

La prima testimonianza sulla proprietà dei terreni della Tenuta risale al 780, come si evince da un documento presente nell'Archivio di Stato di Pisa in cui si legge che un nobile locale fece domanda ai proprietari - i monaci dell'Abbazia di San Savino - di poter cacciare la lontra nei territori circostanti la Chiesa di San Quirico di Coltano.
Da allora, la storia della tenuta e dei suoi abitanti si intrecciano fittamente.

La primigienia residenza venne edificata probabilmente intorno all'anno mille, nell'attuale località Palazzi, dove restano ancora una colonna in prossimità della chiesa e le mura perimetrali, interne al palazzo.

Nel 1562 la proprietà passò, tramite una bolla papale di Pio IV, all'Ordine Militare dei Cavalieri di Santo Stefano, fondato da Cosimo I per combattere i corsari turchi nel Mar Mediterraneo.

Cosimo aveva infatti già iniziato nel 1558 una bonifica della zona facendo realizzare un fosso detto delle Bocchette, nel quadro di un più ampio progetto di bonifica dei terreni paludosi nell'entroterra di Pisa e Livorno.

La tenuta era già ben avviata da un punto di vista agricolo e produceva cereali e latticini, grazie al fiorente allevamento del bestiame, quando Michel de Montaigne la visitò nel 1581.

La villa venne realizzata dal 1586 da Bernardo Buontalenti come centro amministrativo della zona, su incarico di Don Antonio de' Medici, il quale chiese una importante ristrutturazione della residenza precedente.
L'edificio è caratterizzato dalla presenza di fortificazioni, con quattro torrette agli angoli, come nella villa di Camugliano.

Fu usata spesso come residenza di caccia, infatti più tardi venne inclusa tra le otto bandite granducali insieme a Poggio Imperiale, le Cascine dell'Isola, di Cafaggiolo, di Migliarino, di San Rossore e del Tombolo.

I Lorena entrarono in possesso del patrimonio mediceo nel 1737, ed anziché dismettere la tenuta, come accadde per molte delle ville medicee, l'ampliarono e l'abbellirono usandola anche come luogo di rappresentanza, come in occasione della visita di Ferdinando I di Borbone nel 1785.
Tra gli elementi più graditi vi era certamente la vasta riserva di caccia, dove il Granduca di Toscana Pietro Leopoldo installò per un certo periodo un allevamento di razza equina pregiata, decidendo poi l'ampliamento della riserva.

Dopo essere appartenuta ai Savoia (nella villa dimorò per un certo tempo Vittorio Emanuele II) e in seguito allo Stato Italiano, la Villa venne donata assieme ad altre tenute tra Pisa e Livorno all'Opera Nazionale Combattenti: fu questa che tra il 1920 ed il 1933 si occupò di completare l'opera di bonifica, consentendo così lo sfruttamento agricolo dell'area.

Attualmente la Villa è proprietà del Comune di Pisa, che la tiene aperta al pubblico e realizza nel parco numerose attività.
La Villa è stata oggetto di un recente restauro, che ha ridato il colore bianco agli intonaci esterni, nel solco della più radicata tradizione delle ville dei Medici.