Fu progettata nel 1615 dall'architetto Ascanio Vitozzi, progettista del Palazzo Reale di Torino, come una sontuosa residenza di campagna con vigneti, ma morì nello stesso anno, venne allora realizzata dagli architetti Carlo e Amedeo di Castellamonte su commissione del cardinale Maurizio di Savoia, secondogenito del duca Carlo Emanuele I nonché fratello del duca Vittorio Amedeo I. Il cardinale era un uomo di grande cultura che rinunciò successivamente alla porpora cardinalizia per vivere in questa villa con la nipote Ludovica Maria di Savoia la quale nel 1642, all'età di 13 anni (lui quarantanovenne), era diventata sua moglie.
Il nome attuale del complesso è giustificato dal fatto che fu la dimora preferita di due regine mogli di regnanti sabaudi, Anna Maria di Orléans e Maria Antonia Ferdinanda di Spagna (spose rispettivamente di Vittorio Amedeo II e Vittorio Amedeo III). In particolare la Villa era considerata il “giardino segreto” di Anna di Orleans, dove ella consumava le sue passioni amorose clandestine. Circolava addirittura una leggenda secondo cui la regina, per evitare gli scandali, nascondesse i suoi amanti in una botola segreta che conduceva in un tunnel così ripido che questi morivano tutti per sfracellamento. La Regina “mantide” Anna morì nella Villa nel 1728.
Con il trasferimento di corte sabauda a seguito della donazione fatta dal re Vittorio Emanuele II nel 1868, il 4 luglio 1869 divenne la sede dell'Istituto Nazionale delle Figlie degli Ufficiali che combatterono durante le Guerre di indipendenza italiane.
Durante il regno di Umberto I diversi arredi furono trasferiti al Palazzo del Quirinale, tra cui la celebre libreria eseguita dall'ebanista Pietro Piffetti.
Colpita dai bombardamenti alleati durante il secondo conflitto mondiale, la Villa ha conosciuto in seguito un lungo degrado, durante il quale i suoi esterni furono ricoperti con accumuli di vegetazione infestante che arrivarono fino ad un volume di 400.000 metri cubi di piante. A tale situazione si è posto rimedio a partire dal 1994, anno della presa in gestione da parte della Soprintendenza per i beni artistici e storici del Piemonte.
Nel giardino è stata riportata in vita la vigna, così che nel 2008 è stato possibile eseguire la prima vendemmia di Freisa.