Situata sulle colline che circondano la città di Lucca, nella zona in cui sorgeva la pieve di San Pancrazio, Villa Grabau fu forse costruita su un edificio preesistente e risalente al Quattrocento.

All`inizio del Cinquecento la villa era di proprietà della famiglia Diodati, importanti mercanti lucchesi, che inizialmente ne mantennero l`originale struttura gotica. Solo alla fine del XVI secolo, infatti, furono intrapresi i lavori di ristrutturazione e di trasformazione della villa in un edificio di forma rinascimentale.

Divenuta proprietà della famiglia Gualanducci nel 1653, la villa fu acquistata circa venti anni più tardi dai conti Orsetti, che ne rimasero proprietari fino al 1854, quando fu ereditata da Enrico Cittadella.

Influenzati dalle trasformazioni operate da Elisa Baciocchi alla Villa Reale di Marlia, i marchesi Cittadella iniziarono i lavori di ristrutturazione per dare alla villa un impianto neoclassico.
Di fatto, l`unico elemento rimasto inalterato all`interno della villa è la cappella situata accanto al salone principale.

Nel 1868 la villa fu infine acquistata dal banchiere tedesco Rodolfo Schwartze, che ne fece dono alla moglie, Carolina Grabau, affinché quest`ultima potesse abitare vicino alla sorella Costanza e al fratello Carlo Luigi, che vivevano nei dintorni.