La villa, le cui origini sembrano risalire al XIV secolo, fu ricostruita nel XVI secolo. Il nome "Gioiello" indicava la posizione favorevole della proprietà, situata verso ponente nelle colline di Arcetri. Fu la figlia Suor Maria Celeste (1600-1634), che si trovava nel convento di San Matteo in Arcetri, ad informare il padre dell'opportunità di affittare la villa confinante con il monastero. Galileo (1564-1642) stipulò il contratto di affitto nel settembre del 1631. Dopo la condanna da parte del Tribunale del Sant'Uffizio, Galileo poté ritornare al "Gioiello" il primo dicembre 1633, ma gli fu proibito di ricevere persone con le quali discutere di argomenti scientifici. Soltanto nel gennaio 1639 gli fu permesso, per le precarie condizioni di salute, di ospitare il giovane Vincenzo Viviani (1622-1703), al quale, tre mesi prima della morte, si aggiunse Evangelista Torricelli (1608-1647). Qui Galileo terminò i suoi giorni l'8 gennaio 1642, assistito da Viviani, dal Torricelli e dal figlio Vincenzo (1606-1649).