Il monumentale edificio barocco porta il nome della famiglia che lo possedette fino alla metà del XIX sec.; fu fatto costruire nel 1690 su progetto dell'architetto Gaspari, allievo del Longhena. Divenne nel 1850 sede del Collegio dei Padri Armeni Mechitaristi di San Lazzaro.
La Sala degli Specchi o sala da ballo e le sale adiacenti decorate dal Dorigny, dal Lazzarini e dal giovane Tiepolo, alternano scene mitologiche e storie sulla regina Zanobia d'Oriente. Nel portego risaltano, tra stucchi biancodorati, tre paesaggi di Luca Carlevarijis, anticipatore del vedutismo veneto.
Nella società veneziana, basata sull'autocelebrazione, il giardino rappresentava l'importanza della famiglia a cui apparteneva. In fondo al giardino di Palazzo Zenobio si erge la bellissima costruzione del Temanza, adibita ad archivio e biblioteca.