On sait que la demeure bourgeoise fut achevée pour le mariage de Geneviève, une des filles de Paul Cavrois, le 5 juillet 1932. Tout commence en 1925, lors de la rencontre entre l'artiste et l'industriel dans le cadre de l'Exposition des Arts et de l'Industrie à Paris. Les frères Martel et Mallet-Stevens y présentent le pavillon des artistes roubaisiens et lillois, qu'ils ont réalisé. Les propositions empreintes de modernité de Mallet-Stevens font alors résonner l'héritage technologique de Paul Cavrois et une affinité se crée directement entre les deux hommes. À l'artiste, Cavrois commande une bâtisse perchée sur une colline, à deux pas de son usine textile.

Véritable manifeste de l'architecte, la Villa Cavrois est une œuvre d'art technique mêlant une quantité de matériaux différents conçue avec une approche globale très humaine. Un de ses aspects principaux est le système constructif "poteau/poutre" : les murs sont doubles avec des vides. Ainsi, les briques jaunes si caractéristiques ne sont pas structurelles, mais sont utilisées pour parer la structure. Il faut ici souligner la collaboration avec les maîtres maçons belges dont le savoir-faire est exploité à merveille, mais aussi la qualité de la brique d'origine, qui a défié le temps (peu d'entre elles ont dû être remplacées).

La restauration de la villa, classée depuis 1990, fut menée par le Centre des Monuments nationaux qui, dans la philosophie du lieu, décida de conserver son caractère vivant : "Nous n'avons pas envie d'inaugurer un cercueil, l'eau coule des robinets car c'est la vie et un hommage à cette maison qui a été habitée." Un pari réussi avec une attention toute particulière pour la médiation et une matériothèque installée dans l'ancienne cave à vin.