Le village, situé entre la Marmilla et la Trexenta, s'appelait à l'origine Mara Arbarei, ce qui veut dire ' le marais d'Arborea '. Le centre historique se trouve entre deux fleuves, le Rio Mannu et le Rio Cani, qui ont contribué pendant des siècles à la fertilité et à la richesse de la terre. La première occupation humaine remonte au IIIe millénaire av. J.-C., période à laquelle appartiennent les nombreuses lames d'obsidienne retrouvées sur le territoire. 12 nuraghes témoignent de la période nuragique. Les nécropoles visibles à l'intérieur de l'agglomération sont quant à elles d'époque punique. Mais c'est au Moyen-âge que Villamar a connu une période de splendeur particulière, d'abord en tant que curatoria du Judicat d'Arborea, puis, après 1368, comme territoire de l'Aragon. En 1486, le village est passé à la famille Aymerich, qui en a conservé la seigneurie jusqu'en 1839.