全体の改修工事は、小さなカジノ（現在の博物館）とコーヒーハウス（現在のヴィラ・ルチア）、公園を含み、建築家アントニオ・ニッコリーニに委ねられ、彼は1817年から1819年にかけて作業を行いました。
サン・マルティーノ博物館に保存されている自筆の設計図からも分かるように、ニッコリーニは中央に長方形の本体があり、二つの垂直で対称的な腕が北向きに伸びる建物を構想しました。さらに、建物の中央入り口には馬車の停留所として、小さなポルティコのある区域を追加しました。これはサン・カルロ劇場でも採用された建築的解決策です。
地形の急な斜面のため３層になっていた南側のファサードには、半地下階に溶岩石の基礎を設け、２段の大理石階段が建物と周囲の公園を繋ぎ、市街の魅力的な眺望が開けるよう設計されました。
フロリディア公爵夫人の死後の1826年以降、遺族によって建造物と公園は多くの変遷を経て、1919年に州がヴィラを購入し博物館用に指定しました。
デュカ・ディ・マルティーナ博物館は1931年からイタリア有数の装飾芸術コレクションの本拠地であり、西洋および東洋の作品6000点以上を所蔵し、その中心は陶磁器です。
博物館の名となったこのコレクションは19世紀後半にプラチド・デ・サングロ、マルティーナ公爵によって作られ、1911年に遺族からナポリ市に寄贈されました。公爵は1829年ナポリ生まれで、ブルボン王朝に密接に結びついた名門の一族に属し、イタリア統一後はパリに移住し、応用美術品の収集を始め、ヨーロッパの主要なコレクターと交流し、万国博覧会にも参加しました。
1881年に唯一の息子が亡くなり、1891年に同名の甥、マルシ伯爵が全コレクションを相続し、妻マリア・スピネッリ・ディ・スカレアを通じて1911年にナポリ市に寄贈しました。
博物館は３階建てで、1階には数点の絵画のほか、中世およびルネサンス期の象牙、エナメル、亀甲、珊瑚、青銅、ルネサンスおよびバロックのマヨリカ焼き、15～18世紀のガラスやクリスタル、家具、小箱、インテリア用品が展示されています。2階には18世紀のヨーロッパ磁器のコレクションが配置され、重要なマイセン、ドッチャ、ナポリとカポディモンテ、フランス、ドイツ、イギリスの磁器の核心部分を成しています。半地下階には東洋芸術品のセクションが設けられ、特に中国の明（1368-1644年）・清（1644-1911年）時代の磁器と、日本の柿右衛門・有田磁器のコレクションが顕著です。
彼は自然の地形の海に向かって傾斜する地形を活かし、広大な芝生と花壇を舞台背景のようなセットで区切りながら、林地と急なテラスを交互に配置して外部空間を再設計しました。
一方、主建物周辺の区域には、新古典主義の様式的特徴に従い、より整然として対称的なデザインを採用しました。さらに、屋外劇場、小さなイオニア式の神殿、温室、エキゾチック動物用の洞窟なども設計し、これらは現在も公園内に現存し、元の絵画的な雰囲気を感じさせます。
