Le berceau de la cité est l'abbaye bénédictine Saint-André fondée au Xe siècle sur le tombeau de l'ermite sainte Casarie, au sommet du Mont Andaon.
L'abbaye acquiert rapidement une importance économique de premier plan, convoitée par la République d'Avignon qui, depuis la construction du pont Saint-Bénézet en 1189, convoite la rive droite du Rhône.
L'abbé de Saint-André va profiter du siège d'Avignon par le roi de France Louis VIII en 1226, lors de la Croisade contre les Albigeois, pour s'allier avec le roi. Par un acte de paréage, la seigneurie de Saint-André est partagée entre le roi et l'abbé.
Les prétentions d'Avignon sont ainsi définitivement contenues.
En 1229, les possessions du Comte de Toulouse sont partagées entre les vainqueurs de la Croisade : la rive droite du Rhône revient au roi de France ainsi que la moitié d'Avignon, partagée avec son frère, le comte d'Anjou.
En 1290, le roi Philippe le Bel cède sa part d'Avignon à son cousin Charles d'Anjou, roi de Naples. Le Rhône devient une frontière que le roi veut fortifier.
Il signe avec l'abbé de Saint-André un nouvel acte de paréage en 1292 qui prévoit la construction de deux forteresses : la tour Philippe le Bel et le Fort Saint-André, et la fondation d'une bastide royale : "Ville neuve Saint-André près d'Avignon", dotée de nombreux privilèges.
Cette nouvelle ville connaît un développement extraordinaire durant le XIVe siècle du fait de l'installation de la cour pontificale à Avignon. Les papes et les cardinaux édifient à Villeneuve des résidences somptueuses qui aujourd'hui encore, malgré leur abandon dès le début du XVe siècle, marquent la physionomie de la ville.
Après le départ de la papauté pour Rome, la cité conserve une certaine prospérité grâce à ses privilèges (foires) et à la présence de riches maisons religieuses (Chartreuse, Abbaye Saint-André, chapitre de Notre-Dame).
La Révolution réduit la cité royale au rang de chef-lieu de canton. Cependant la ville maintient des activités agricoles, artisanales et industrielles florissantes et variées.
Dès la fin du XIXe siècle, les collines de la ville recoivent les résidences d'Avignonnais attirés par le panorama sur Avignon et une qualité de vie préservée. Ce phénomène n'a fait que s'amplifier et Villeneuve est aujourd'hui la cité résidentielle de l'agglomération d'Avignon.