Il lavoro compiuto dal Ligorio fu veramente notevole. Superò molti problemi pratici e cominciò creando l'alto terrapieno del giardino, utilizzando le vecchie mura urbane come contrafforti. Scavò sotto la città di Tivoli una galleria lunga 600 m che dal bacino dell'Aniene portava una mole incredibile d'acqua fino alla vasca sopra la fontana dell'Ovato. Convogliò l'acqua della sorgente Rivelese fino alle cisterne della Villa. Calcolò esattamente quanta acqua ci sarebbe voluta per realizzare tutti i giochi che aveva in mente, usando solo il principio dei vasi comunicanti, senza impiego di alcuna forza motrice. La Villa viene ancora oggi rifornita attraverso questo canale portando alle fontane, ogni secondo, circa 300 litri di acqua.
Particolare della fontana Rometta
Ligorio si avvalse anche della collaborazione di valenti idraulici quali Giacomo della Porta e Claude Venard, che realizzò l'organo idraulico. Ma quello che impressiona ancora di più sono i numeri: 35.000 mq complessivi di giardini, 250 zampilli, 60 polle d'acqua, 255 cascate, 100 vasche, 50 fontane, 20 esedre e terrazze, 300 paratoie, 30.000 piante a rotazione stagionale, 150 piante secolari ad alto fusto, 15.000 piante ed alberi ornamentali perenni, 9.000 mq di viali, vialetti e rampe.
La Villa è famosissima per le sue meraviglie artistiche e in special modo per i molteplici giochi d'acqua che trasportano il visitatore in una reggia d'altri tempi. Le numerosissime fontane sono alimentate dall'acqua dei molti canali adduttori del fiume Aniene che attraversano la città e sono ubicate in giardini all'italiana di bellezza difficilmente eguagliabile, ombreggiati da secolari cipressi e sequoie. Ippolito II d'Este ebbe a disposizione oltre al grande architetto, Pirro Ligorio, un numero enorme di artisti e di artigiani; era tanta la celerità del lavoro che gli edifici, le fabbriche, i viali spuntavano e crescevano con una velocità da definirsi moderna. In pochi anni il Cardinale riuscì a completare quasi del tutto la Villa.
