Son pocas las noticias que se tienen de Villanueva durante la Edad Antigua. Los primeros restos encontrados han sido de un asentamiento romano hacía el siglo IV.

En un principio esta población, recibía el nombre de Las Cabañuelas, para pasar en 1109 a llamarse Aldea Nueva, nueva porque hubo otra aldea anterior, y más tarde el nombre de Aldeanueva de Aniago, porque era territorio de Aniago. Ya en 1630 se produce el cambio de nombre a Villanueva de Duero.

En 1409, Juan Vázquez de Cepeda, obispo de Segovia y consejero del monarca Enrique III, compra Aniago y Aldea Nueva al Concejo de Valladolid, para establecer un monasterio de Canónigos Regulares de San Agustín. Con posterioridad dicho monasterio pasa a ser La Cartuja de Nuestra Señora de Aniago. La historia de Villanueva a partir de este momento va a estar unida a la Cartuja de Aniago en una sucesión de encuentros y desencuentros que culminarán en la separación definitiva de ambas el año 1807.