Sur les terres de de Vilanova, il y eut un peuplement très éloignée à l'époque des Ibères, comme le prouve le site d'Adarró, qui fut plus tard romanisé.
Cette localité situe à La Geltrú, où une forteresse fut construite au moins au XIe siècle, son noyau le plus ancien. Selon la tradition locale, le village surgit lorsque la population de La Geltrú émigra à cause des abus de son seigneur féodal, qui exigeait d exercer son droit à la pernada (de cuissage). La population s’ installa sur la côte, fondant la Villa Nueva de Cubellas pour être proche de cette dernière ville.
La fondation légale de Vilanova eut lieu en 1274, date à laquelle elle reçut la Lettre de Peuplement du roi Jaime I. En 1358, le roi Pedro III d'Aragon lui accorda le privilège d'organiser un marché hebdomadaire
La croissance de la population fut possible grâce aux prébendes royales qui ont même permis aux habitants d'acheter au XVIe siècle le château médiéval situé dans le noyau d'origine de la ville. Vilanova reçut également l'autorisation de la Couronne pour exporter son vin, ce qui lui apporte de grands bénéfices.
Au XVIIIe siècle, le port prospéra grâce à l’ouverture des principales places nationales au commerce international avec les Indes.
En 1804, un théâtre fut construit, qui servant également de salle de bal: bel exemple de la prospérité que le commerce avec l'Amérique lui apporta. En 1839, l’industrialisation de la ville commence avec l’installation d’une usine textile qui utilisait une machine à vapeur innovante. Par conséquent, grâce à ce développement précoce et à la relation traditionnelle avec les colonies prospères d’outre-mer (en particulier Cuba), Vilanova progressa remarquablement au cours de ce siècle. Il en résulte l'émergence rapide d'une classe moyenne et avec elle toute une activité culturelle intense et la construction de demeures magnifiques avec des jardins et des centres de loisirs. On en voir le reflet dans l’adoption d’un style, le romantisme, qui caractérise la ville et un grand nombre de ses biens culturels. Dans cet environnement Victor Balaguer, poète de la Barcelone de la Reanaixença et journaliste en langue catalane, sera élu député aux Cortes en 1869, pour Villanueva i Geltrú et enfin ministre d’Outremer jusqu'en 1898, représentant les intérêts des entreprises catalanes, très puissantes à Cuba et aux Philippines.
Au XXe siècle, la croissance économique de la ville s'est poursuivie, avec la diversification des industries, la croissance du secteur de la pêche, à partir de son port et celui du tourisme.