La villa Arceno fu realizzata verso la fine del Seicento per volere del cavaliere Flaminio del Taja. Agli inizi del secolo XIX divenne proprietà della famiglia Piccolomini Clementini. Verso il 1833 fu corredata di un grande parco, realizzato su progetto dall'architetto Agostino Fantastici e concepito come «luogo di delizie destinato alla coltura dei fiori e delle piante di agrumi, ricco di boschetti d'alberi variatissimi, di canali, di laghetti, di fontane e piccoli templi». Il parco, che nel suo genere costituisce un unicum del tipico gusto eclettico del Fantastici, è un bellissimo esempio di giardino cosiddetto "paesaggistico", sviluppatosi in quegli anni in seguito alla diffusione del giardino "all'inglese", di influenza romantica. Tra la folta vegetazione boschiva, che funge da cornice ad un lago artificiale, si trovano piante rare come la sequoia, la canfora, il cedro del Libano e la palma nana.

Come per altri giardini, anche in quello di Villa Arceno si trovano interessanti soluzioni di ingegneria idraulica con finalità sia pratiche (come l'irrigazione), sia estetiche (fontane, laghetti, ninfei). Il lago artificiale del giardino è alimentato dalle acque del fiume Ombrone per tracimazioni successive attraverso quattro laghetti; è inoltre collegato con la "Casa delle Barche" mediante un piccolo canale artificiale.