Die Villa Bühler wurde zwischen 1867 bis 1869 im Stile des französischen Neubarock erstellt. Der Architekt war Friedrich von Rütte (1829 – 1903) aus Mülhausen, der mehrere Schlösser und Villen gebaut hatte. Den Platz dazu wurde auf dem sogenannten Sulzbergischen Areal, auf dem kein Gewerbe und keine Wirtschaft gehalten werden durfte, gefunden. Die vier Fassaden des in der Mitte des Parks gelegenen heutigen Museums- und Verwaltungsgebäudes sind auf die vier zugehörigen Gartenräume gerichtet. Nach Plänen des Architekten Ernst Jung, der bereits beim Bau der Villa Bauführer gewesen war, wurde 1868 das freistehende Ökonomiegebäude mit einem Delphinbrunnen im Hof und 1973 das Gewächshaus erstellt.
Für die Gartenanlage war Conrad Löwe (1819–1870), einer der berühmtesten Gartenbauer jener Zeit, verantwortlich gewesen. Der Neubau war ein Palast und die Privatvilla des Fabrikanten Eduard Bühler-Egg, geboren 24.8.1833 in Turbenthal, gestorben 10.2.1909 in Winterthur. Bühler war dank seiner vom Vater geerbten Baumwollspinnerei sehr reich. Er verstand sich aufs Geschäft, aber auch auf Maschinen. So war er ein Initiant der Tösstalbahn und von 1871 bis 1883 Verwaltungsrat der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) gewesen. Bis 1975 wohnte ein Enkel Bühlers in der Villa. Nach dessen Tod verkaufte die Witwe das Haus für 5.9 Millionen Franken an den Kanton Zürich. Der Kauf durch die Stadt Winterthur war zuvor wegen eines ablehnenden Volksentscheides (Referendum) gescheitert.
Seit 1982 ist das städtische Münzkabinett in der Bühler-Villa eingemietet. In den oberen Stockwerken sind die kantonalen Büros des Statthalters und des Bezirksrates untergebracht. Diese Büros sind Standort der verlängerten Arme des Kantons bzw. des Regierungsrates des Kantons Zürich.
