Les plus anciens vestiges connus datent du paléolithique : silex taillés sur la colline La Gardette.
A l'âge du bronze les Ligures, puis les Celtes occupent la région, ensuite les Voconces (IVème siècle avant JC), les Romains (11ème siècle avant JC), les Burgondes (Vème siècle). Le territoire de la commune s'est constitué par des raccordements successifs de fiefs.

      1137 les Templiers reçoivent une donation de terres de la Commanderie de Richerenches par Mgr Pons, évêque de Saint Paul Trois Châteaux.

      1210 la charte 180 du cartulaire de Roaix reconnaît Guillaume Roux commandeur de la maison de Villedieu : première mention connue de la localité sous ce toponyme.

      1270 Pierre Agulhon, commandeur acquiert à Rimbaud, Seigneur du Puy la soixante dizième partie des fiefs de Autimange, Consenègues et Paupérat alors lieudits du territoire.
         - Autimange : devenu Autimagne du latin altus, élevé et magnus, grand. Colline en majeure partie boisée et effectivement imposante (alt. 400m).
         - Consenègues : littéralement contraction patoise de " Qu 'on se noie ", évoque un site marécageux et inondable qui existe encore aujourd'hui, cadastré "Courroies des Vernais ", dans l'usage " Courroies des Joncs " parce que couvert de joncs et de roseaux.
         - Paupérat: du latin pauper, pauvre, fief peu fertile.

      1293 Guillaume Raymond, chevalier de l'ordre de Saint Jean de Jérusalem reçoit en fief le château de Villedieu assiégé la même année par Amédée Rosans et Pierre Reynier. Guillaume Tringuet repousse les assaillants. 

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      1308 : dissolution de l'ordre des Templiers par Philippe Le Bel qui confie l'administration du territoire aux Hospitaliers de Saint Jean de Jérusalem lesquels vendent leurs biens au Pape Jean XXII alors en Avignon en 1317. Villedieu devient alors village du Comtat Venaissin.

      1640: arrivée de la peste à Villedieu. Il faut un passeport de santé pour entrer et sortir des communes.

      1720: la grande épidémie: c'est l'isolement total. Les grangers (paysans) ne doivent pas quitter leur terroir, ni les citadins leur ville.

      14 septembre 1791 : rattachement du Comtat Venaissin à la France.

      Août 1793 (an Il de la République) : création du département de Vaucluse.
Villedieu devient "Côte Libre ", chef-lieu d'un canton qui comprend Buisson, Rasteau, Roaix et Saint Roman de Malegarde.

      1795 (an IV) : le canton de Côte Libre est rattaché à celui de Vaison La Romaine.

      1799 : sous le Consulat Côte Libre redevient Villedieu. 

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      1836 - 1840 : épidémie de choléra.

      1914 - 1918 : la guerre cause la mort de 32 Villadéens.

      Août 1944 : pendant quelques heures les Allemands occupent le Château de La Baude. Le gros de l'armée allemande s'engage dans la vallée de l'Aygues vers l'Italie. Un groupe de maquisards stoppe sa progression. L'artillerie alliée la repousse. La grande bataille aura lieu à Montélimar.

      27 Août 1944: les premiers américains libèrent Villedieu.