El topónimo de Villaeles proviene de la aglutinación del sustantivo latino “Villa” granja o quinta mas el antropónimo “Feles”, nombre germánico de persona; lo de valdavia alude al valle del río Abia que pasa por el término.
A mediados del siglo XIV Villaeles era lugar de behetría, podía elegir Señor, y sus vecinos eran vasallos del poderoso Gran Juan Rodríguez de Cisneros al igual que Villabasta, mientras que Villasila y Villamelendro eran lugares de abadengo del Maestre de Santiago.
En el siglo XVI Villaeles pagaba diezmos al cercano monasterio de San Pelayo de Arenillas y tenia 70 vecinos mas que ninguno de sus alrededores pues por ejemplo Buenavista tan solo tenia 60, Renedo 50 y Villasila 15.
Varios pleitos tuvo Villaeles y pueblos cercanos contra la Mesta en el siglo XVII destacando las de 1633 y 1639.
A mediados del siglo XVIII, Villaeles era villa realenga, pues pertenecía a Su Majestad, tenia cuatro molinos harineros, 20 colmenares, 56 vecinos, 97 casas, el Hospital del Santo Ecce Homo, cirujano, doce tejedores, etc. Por los años 50 del siglo XIX, Villaeles seguían siendo villa realenga, tenia 66 vecinos, un pósito, dos molinos harineros y una fabrica de lienzos, con ayuntamiento, 64 casas, un molino de aceite de quemar, etc.
A mediados del siglo XIX Villaeles contaba con 229 habitantes, en 1900 tenia 300, 354 en 1930, en 1960 disponía de 351 y 72 en 2005.