All’interno del parco di Monte Mario, quasi alla sommità di tale colle, vi è Villa Mellini, una delle poche ville quattrocentesche superstiti, che fu fatta costruire dal cancelliere perpetuo del Comune Mario Mellini durante il pontificato di Sisto IV (1471-1484). La villa, che comprendeva un ampio parco con viali alberati, ha subito diversi rifacimenti nel tempo, ma sono comunque giunte sino a noi diverse testimonianze della bellezza sua e dei dipinti che vi erano presenti. Wolfgang Goethe ha infatti raccontato che un suo amico, il noto pittore tedesco Philipp Hackert, vi soggiornò per due mesi e da lì vi dipinse una splendida vista di Roma nella quale era possibile ritrovare i principali monumenti. L’opera venne poi incisa dal fratello di Philip, George, e dedicata a Pio VI. Lo stesso Goethe era solito passeggiare nel parco Mellini e descriverne le bellezze naturali, come altri scrittori, tra cui Stendhal, H. James e W. Wordsworth, che scrisse anche un sonetto dal titolo “The Pine of Monte Mario at Rome”. Notevoli pure le raffigurazioni che ne hanno fatto G. Vasi nel XVIII secolo e il disegnatore francese N. D.Boguet nel XIX.
Nel 1788, però, con la morte di Giulia, ultima appartenente alla casata Mellini, la villa andò in eredità ad un’altra famiglia nobile, quella dei Falconieri, di cui Giulia aveva sposato un membro, Mario. Risale a quell’epoca il bel portale tuttora conservato su via Trionfale. Nel 1847 Gaetano Moroni, nel suo dizionario di erudizione storico-ecclesiastica, tesseva le lodi di Monte Mario e di Villa Mellini, “donde si gode una veduta magnifica, vastissima di Roma, di tutta la pianura che la circonda, e de’ monti che la coronano“. Verso la fine dell’Ottocento, essa diventò la sede della Sezione Fotografica del Regio Esercito Italiano, e vi si tennero i primi esperimenti di volo e foto-topografia aerea. Fra il 1866 e il 1869, accanto alla villa fu costruita, grazie agli studi dell’astronomo padre Angelo Secchi, la Torre del Primo Meridiano d’Italia, che segna il punto dal quale vengono calcolate tutte le latitudini italiane e attraversa Roma in corrispondenza della Basilica di San Pietro. Villa Mellini passò poi al conte Luigi Manzi, che nel 1874 cercò di lottizzarne l’area, senza riuscirvi.
In quegli anni fu costruito anche il Forte di Monte Mario, che fu adoperato fino agli anni Trenta come sede militare. Nel 1935 la villa divenne sede dell’Osservatorio Astronomico di Monte Mario e del Museo Astronomico e Copernicano: il primo comprende due cupole principali dove si trovano gli equatoriali per l’osservazione degli astri e una Torre Solare entrata in funzione nel 1958, mentre nel Museo è presente una collezione di strumenti dell’epoca ed opere e cimeli copernicani. L’Osservatorio è rimasto in funzione fino al 2000, poi l’attività di osservazione si è trasferita a Monte Porzio Catone, e oggi è sede della presidenza e dell’amministrazione centrale dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Fino al 2000 erano possibili visite diurne e notturne e, nel museo, venivano organizzate anche conferenze, poi, da quando vi sono stati collocati gli uffici dell’Inaf, non è più aperto al pubblico, anche se le scolaresche possono visitare su prenotazione la Torre Solare e, grazie ad un accordo con lo Stato Maggiore dell’Esercito, la Torre del Primo Meridiano d’Italia.
Nel complesso, lo stato attuale della villa è il risultato dei restauri effettuati nella seconda metà dell’Ottocento; vi è quindi un edificio principale, disposto su tre piani con un attico, altri due edifici ora in rovina posti verso via Trionfale e un’altra palazzina in stile neogotico, ristrutturata a fine Ottocento e che in fonti del 1804 e del 1836 viene citata come villa Falconieri. Al primo piano sono rimaste tracce di dipinti di non grande valore artistico, risalenti al periodo in cui l’edificio era utilizzato come sede militare. Il soffitto di un piccolo ambiente presenta affreschi di T. Soldini, mentre nel salone centrale si trovano quattordici dipinti e due allegorie di T. Boscarino concernenti l’aviazione. Il parco della villa, ristrutturato di recente, fa parte del Parco di Monte Mario.