Réalisée en 1934 sur un terrain acquis au bas de la Californie par Jean-Gabriel Domergue, très influencé par le style italien. Le peintre conçoit le bâtiment et la décoration dans les moindres détails, tandis que son épouse, sculpteur, crée les jardins en terrasses, aménagés de bassins et de cascades. Jean-Gabriel Domergue décède en 1962 et Odette Maudrange-Domergue lègue la propriété à la Ville de Cannes en 1973. Selon le vœu formulé de leur vivant par les époux, leurs corps, jusqu'alors inhumés au cimetière du Grand jas, sont transférés à la villa en novembre 2000.

Les expositions à la Villa Domergue sont gérées par le Pôle d'art moderne et contemporain de Cannes (PAMoCC).