Nemėžio dvaro istorija prasideda dar Didžiojo Lietuvos kunigaikščio Vytauto laikais. Manoma, kad jis čia turėjo pilį. Tačiau dabartiniai dvaro rūmai statyti jau XIX a., kai dvarą įsigijo Mykolas Tiškevičius. Jis 1836 m. pastatė dviejų aukštų klasikinius rūmus, įrengė parką. 1860 m. čia stovėjo pagrindiniai rūmai, kurių antrame aukšte buvo įrengta koplyčia, trečiame - sandėliai. Be pagrindinių ir ūkinių pastatų prie dvaro buvo vandens malūnas, sūrinė, bravorai. XX a. pradžioje dvarą nusipirko M.Bochvicas, kuris iš parke buvusio prūdo padarė tris tvenkinius žuvims veisti. Po karo dvaro rūmai atiteko kolūkiui.
XX a. pabaigoje dvare gyvenę žmonės buvo iškeldinti, o pastatai privatizuoti. Tiesant plentą Vilnius-Minskas buvo sunaikintas įspūdingas dvaro parkas, o patį dvarą plentas atskyrė nuo anksčiau jam priklausiusio kaimelio.
Šiuo metu išlikę didelė dalis dvaro pastatų. Pagrindinis dvaro rūmų pastatas stovi ant aukšto šlaito greta plento Vilnius-Minskas. Išlikęs gražus klasicistinis portikas su keturiomis kolonomis per du aukštus. Kiti dvaro pastatai išsidėstę aplink esančiame gerokai sumažėjusiame parke. Dvaro pastatai ir parkas šiuo metu apleisti, neprižiūrimi.
2006 m. dvarą įsigijo įmonių grupė „Labanoras“, ketinanti įkurti čia viešbutį bei konferencijų ir pramogų centrą.
