Costruita nel 1790 dal Piermarini, dopo 13 anni dalla realizzazione del progetto iniziale della Villa Reale, occupa lo spazio di raccordo fra le ali basse di sinistra e il Serrone che si colloca fra il roseto verso la corte d'ingresso e il Parco.
La Rotonda è l'unico elemento architettonico di forma circolare che è presente in questa struttura rigidamente lineare e squadrata.
Il Piermarini la concepì come una specie di dépendance scenografica dove l'Arciduca potesse intrattenere gli ospiti e stupirli, mostrando delle porte che sparivano o delle fontane che zampillavano a suon di musica o dei camini girevoli azionati da meccanismi di ingegneria meccanica, facendo inoltre apprezzare a tutti le favolose piante esotiche fatte giungere da ogni parte del mondo. Anche in questa parte della Villa il Piermarini non tralasciò il linguaggio architettonico classico antico e quello del tardo Rinascimento Italiano.
All'interno è caratterizzata da arcate scandite da paraste; lo zoccolo e il cornicione sono a fascia. Quattro grandi porte si aprono al suo interno, una delle quali è a specchio per nascondere un passaggio segreto di raccordo tra la Rotonda e la Villa, specchio che riflette la bellezza del parco da una parte, il roseto dall'altra , e quando veniva aperta la porta meccanica, il contenuto del Serrone.
Il pavimento è in marmo bianco di Carrara, il soffitto, a volta, ha un medaglione centrale e quattro vele in corrispondenza delle porte. La Rotonda nel 1791 venne affrescata da Andrea Appiani, amico di Piermarini e di Parini, il grande letterato milanese illuminista , precettore di nobili lombardi, molto apprezzato dall'arciduchessa Maria Beatrice Ricciarda D'Este. La Rotonda venne realizzata ed affrescata in occasione del ventennale di nozze degli Arciduchi d'Asburgo. E' proprio su consiglio del Parini che l'Appiani affrontò il tema mitologico di Amore e Psiche per gli affreschi della Rotonda.
Gli affreschi sono collocati in posizioni diversificate per meglio comprendere la favola tratta dall'Asino d'oro di Apuleio. Quattro affreschi curvi, di forma rettangolare , posti sopra le finte porte che scandiscono la circolarità della struttura, raffigurano:
- Psiche Adorata dalle genti, dove sono contrapposte due splendide figure, quella del vecchio sacerdote pronto a profferire l'offerta sull'altare , e quella di Psiche, avvolta in un manto giallo mentre passeggia fra corone di fiori, adorata dalla folla.
- Psiche che guarda Eros dormiente
- Psiche in ginocchio mentre supplica Proserpina a concederle il vaso della bellezza
- Psiche svegliata dal dardi di Eros, dopo un lunghissimo sonno causatole dall'apertura del vaso della bellezza, per poter piacere maggiormente al suo sposo.
Le quattro vele proseguono il discorso della favola di Amore e Psiche:
- Psiche riporta il vaso della bellezza a Venere
- Eros vola da Giove a chiedere protezione, e la ottiene
- Venere indica ad Eros la rea da punire
- Mercurio rapisce Psiche su ordine di Giove
Infine il medaglione centrale raffigura Psiche sorretta da Eros nel momento in cui viene presentata a Giove e alla sua corte. Appiani ha voluto così distinguere gli episodi terreni da quelli celesti, infatti quelli raffigurati nei riquadri rettangolari sono prettamente ambientati nel mondo terreno, mentre per le vele e per il medaglione si tratta di episodi celesti.
La singolarità di questa struttura architettonica inserita in un corpo di fabbrica lineare e squadrato, sottolinea il gusto di un momento culturale di transizione, in cui Piermarini esalta e rievoca la pianta centrale dell'antica architettura termale romana, collegandola alla zona bucolica per eccellenza: il Serrone.