Letohrádek nechal postavit koncem 17. století majitel ledečského panství Michal Osvald hr. z Thunu pro svého bratra arcibiskupa solnohradského, Jana Arnošta z Thunu, jako letní sídlo.
Tato raně barokní stavba se skládá ze dvou přilehlých budov; hlavní čtvercové, s mansardovou střechou a později přistaveným úzkým křídlem, na které navazují hospodářské budovy. Ve velkém sále v patře hlavní budovy se nachází fresková výzdoba, znázorňující domy, statky a jednotlivá panství náležející rodu Thunů. Stavba byla na přelomu 18. a 19. století upravena klasicistně. K letohrádku patřila rozsáhlá, terasovitě upravená zahrada s oranžérií, osázená vzácnými stromy a keři, s velkolepou kašnou s vodotryskem a žulovým schodištěm. Během 19. století docházelo k častému střídání majitelů. Od roku 1900 do 1951 zde sídlil rod Nosakovičů, podle nichž se vžil název „Nosakovičova vila“.
Ve druhé polovině 20. století došlo ke značné devastaci jak samotné budovy, tak i zahrady. V roce 1956 byl letohrádek vykoupen státem a v roce 1984 prodám ZD Syrovice. V jihovýchodní části parku byly zbudovány tenisové kurty. V současnosti je Thunovský letohrádek v soukromém vlastnictví, což je patrno na jeho nynějším vzhledu.
Letohrádek je pro veřejnost nepřístupný.
