La villa, raffigurata in una delle "lunette" di Utens, costituiva una delle più importanti residenze granducali poste nelle immediate vicinanze di Firenze. Aveva assunto questa denominazione, lasciando quella più modesta di Poggio Baroncelli, quando era diventata proprietà di Maria Maddalena d'Austria, moglie del Granduca Cosimo II. Da allora, per tradizione, apparteneva alle Granduchesse di Casa Medici. Nel periodo di Redi era la residenza preferita della Granduchessa Madre Vittoria Della Rovere, moglie di Ferdinando II e madre di Cosimo III.
A Poggio Imperiale, in uno splendido edificio posto sopra un colle appena fuori Porta Romana, Redi era solito passare alcuni mesi dell'estate, insieme alla Corte. A volte però faceva la spola con Firenze, dove l'indaffaratissimo cortigiano aveva sempre da sbrigare numerose faccende, tornando poi "a pernottare" in villa. Il Ms. Redi 29 della Biblioteca Marucelliana di Firenze ci restituisce, con immediatezza e singolare precisione, lo svolgimento di una giornata particolare trascorsa dallo scienziato aretino a Poggio Imperiale.
Nella villa medicea Redi portò a termine numerose ricerche scientifiche. Nelle Esperienze intorno alla generazione degl'insetti ricordava, ad esempio, di aver fatto fermare la carrozza per raccogliere "una gran quantità" di bruchi che stavano "ne' lecci dello stradone" che portava alla villa. Nel corso della primavera-estate degli anni 1689 e 1690, poi, si era dedicato ad una serie sistematica di esperienze termometriche, registrate nei Mss. Redi 28 e 29 della Biblioteca Marucelliana di Firenze. In un protocollo datato 8 luglio 1689 Redi faceva anche un riferimento preciso alla zona della villa nella quale era situata la propria stanza di lavoro: "Lavoravo siccome sempre nella Villa Imperiale. Ho lavorato in un tavolino dirimpetto a una finestra invetriata corrispondente nel cortile del Palazzo, nella quale finestra batteva il sole subito che si levava per due o tre ore, ma poi non vi batteva più; ma batteva nella facciata dirimpetto".