Cette villa est une commande de Paul Cavrois, industriel roubaisien du textile, à l’architecte parisien Robert Mallet-Stevens, par ailleurs architecte de la villa Noailles à Hyères.
Paul Cavrois qui souhaitait une demeure susceptible d’héberger sa famille de sept enfants sollicita Robert Mallet-Stevens, après avoir découvert son travail lors de l’exposition internationale des Arts décoratifs et industriels modernes de 1925 à Paris.
L’architecte eut toute liberté pour en faire une œuvre d’art totale et la villa fut inaugurée en juillet 1932.
Durant la Seconde guerre mondiale, la villa fut occupée par l’armée allemande et transformée en caserne. Au lendemain de la Libération, les Cavrois firent modifier la distribution intérieure de la villa par un architecte qui aménagea deux appartements pour les fils de la famille.
Après le décès de Madame Cavrois en 1985, la propriété, d’abord vendue à un promoteur immobilier, se trouva à l’abandon et en proie au vandalisme. Elles fut classée monument historique en 1990. Grâce à la mobilisation d’une association de sauvegarde, l’État put acquérir une grande partie de la propriété en 2001. Après treize années d’études et de travaux, elle a retrouvé son état d’origine de 1932.