Der preußische König Friedrich Wilhelm IV. (1795 – 1861) ließ in der Umgebung von Sanssouci für Gäste, Hofbeamte und Mitglieder seines Hofstaats neue Bauten errichten. 1844 bis 1846 entstand dieses großzügige Gebäude als Wohn- und Dienstsitz für seinen „Kabinetts-Chef“, den preußischen Staatsbeamten Ernst Emil Illaire. Nach ihm wurde die Villa benannt.
Die Umbaupläne für das ursprünglich bescheidene Hofgärtnerhaus entwarf Ludwig Persius (1803–1845). Der Potsdamer Architekt und Schinkel-Schüler prägte mit seinen italienisch anmutenden, landschaftlich perfekt inszenierten Bauten die Kulturlandschaft Potsdams wesentlich mit. Zu seinen bekanntesten Schöpfungen zählen die Friedenskirche in Sanssouci und die Erweiterung von Schloss Babelsberg. Seine asymmetrisch gestaffelten, auf schlichte Grundformen reduzierten Bauten gaben noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts namhaften Architekten der Klassischen Moderne entscheidende Anregungen.
2020 wurde die Sanierung der Villa Illaire auf der Grundlage von Befunden und Originalfragmenten abgeschlossen. So wurden alle in Zinkblech gedeckten Dächer mit ihren plastischen Schmuckelementen wiederhergestellt und an den Fassaden der bauzeitliche Kalkanstrich im ursprünglichen Farbton erneuert. Die Bearbeitung der Gartenmauer ist im folgenden Bauabschnitt geplant.
Dank der großzügigen Förderung durch die Stiftung Pro Sanssouci konnte 2024 auch der Gartenpavillon saniert werden.
