El origen etimológico de nombre o topónimo de Villarmentero le viene dado de la aglutinación del sustantivo latino “villa”, granja, pequeña quinta al que se anexionó el antropónimo o nombre de persona en latín “Armentarius” nombre ya usado en época visigoda. En Burgos existión tambien un pueblo denominado Villarmentero en el propio alfoz de Burgos.
En el año 1229 un documento cita a Villarmentero con el apelativo “del Camino”, contando con una sola iglesia, la de San Martín, ya en el 1345, si bien en 1213 se cita a San Miguel de Villarmentero acaso un templo ya desaparecido o lucen un error en la trascripción de San Martín.
En diversa documentación antigua se recoge que había en la localidad un hospital o casa de hospitalidad que era propio de la Cofradía de la Vera Cruz, agregada ésta a la archicofradía de San Martín. Tal hospital se ubicaba en la calle Francesa, en medio del casco urbano de Villarmentero.
A mediados del siglo XIX, Villarmentero disponía de 66 casas en su casco urbano, escuelas de primeras letras con 19 niños y 9 niñas. Labraba 1.400 obradas de secano y unas 1000 cuartas de viñedo, contaba el pueblo con dos molinos harineros y una población de 28 vecinos.
A mediados del siglo XIX, Villarmentero contaba con un total de 146 habitantes y al iniciarse el siglo XX con 210.Ya en 1930 tenia 210, en 1960 disponía de 106, en 1960 de 107, en 1991 de 23 y en 2006 de tan solo 15.