Il vastissimo ciclo di affreschi, in origine esteso per 430 mq., è riconducibile a un ben preciso programma iconografico tendente a celebrare le glorie e i fasti della famiglia Barbarigo. Questa funzione appare particolarmente evidente nel piano nobile, destinato a funzioni di rappresentanza. Qui, nella sala a crociera che si apre sull'ingresso, appaiono, racchiusi tra finte colonne sotto il soffitto in legno con travi dipinte, episodi di guerra, eroiche imprese, sanguinose battaglie che ebbero i Barbarigo quali protagonisti.
Nelle sale minori, oltre alla rappresentazione di vicende militari troviamo figure allegoriche celebranti la Pace, l'Abbondanza, la Sapienza, lo splendore del Nome, la fama, la Fortuna; in due sale che da essi prendono nome, si trovano i ritratti dei Dogi Marco e Agostino Barbarigo.
Gli affreschi della saletta a sinistra dell'ingresso sono stati attribuiti ad Antonio Vassillacchi detto l'Aliense, quelli della sala a destra ad Antonio Foler, esecutore, assieme a collaboratori dell'Aliense, di quasi tutti gli affreschi della sala crociata di ingresso.
Gli affreschi del secondo piano esprimono un gusto ricco di reminiscenze classiche, evidente nella riproposizione di alcuni tra i più celebri miti greci, quali Venere e Adone, Perseo e Andromeda, il Giudizio di Paride, Diana e Attone.
Il salone, che conserva lo splendido pavimento originale in cotto, racchiude a meridione, nella ideale, trama architettonica che scandisce le pareti, due possenti figure che rappresentano Atena e Marte, attribuite, al pari della scena raffigurante Apollo e le Ninfe, a Luca Ferrari da Reggio. Scoperti e restaurati fra il 1955 e il 1957, gli affreschi risultano danneggiati da interventi ottocenteschi.