Villamayor nace tras la conquista de Zaragoza por Alfonso I en 1118. La fecha exacta de su fundación se desconoce, pero bien pudo ocurrir a mediados del siglo XII (año 1150) dentro de los planes reales de fijar población en las zonas recientemente ganadas a los musulmanes y que servirán tanto para extraer nuevos y ricos recursos de los nuevos territorios como para asegurar aquellas tierras de nuevas conquistas.

Se tiene constancia que desde el año 1655 la familia noble infanzona Latas tiene casal en la localidad.

Desde 1912 hasta abril de 2006 formó parte de la capital de la comunidad, en calidad de barrio rural de la misma; se segregó de Zaragoza en abril de 2006 debido a un movimiento vecinal que inició el proceso de segregación en 1991, tras los intentos infructuosos de segregación de 1920 y 1964. De esta manera desde abril de 2006 es independiente de la ciudad de Zaragoza, y comienza su andadura como el municipio número 731 de Aragón, formando parte de la comarca de Zaragoza. Desde entonces, el Tribunal Superior de Justicia de Aragón, además de concederle la independencia, también le concede el nombre histórico que poseía en la antigüedad, pasando a llamarse Villamayor de Gállego.

En el año 2006, en el que se produce la segregación, hay una gran división entre los partidarios de la segregación y los de la continuidad como barrio de Zaragoza. En las elecciones municipales de mayo de 2007 sale elegido el PSOE-Aragón (partidario de la agregación a Zaragoza) con un 51,9% de los votos (1004 votos), frente al 47,1% de los votos (910 votos) del resto de las fuerzas políticas CHA, PP, PAR (todas partidarias de la continuidad como municipio independiente).

Villamayor es lugar de contrastes, por un lado la sequedad y aridez de los Monegros y por otro la frondosidad de su huerta en la vega de la margen izquierda del río Gállego, que es regada por la Acequia de Camarera.