Según algunos estudiosos el nombre de Villarcayo podría venir del Villa de Arcadio, antropónimo de origen hispanorromano. La primera constancia escrita de este lugar data del año 959, en una escritura de donación registrada en el Cartulario de Cardeña hecha por Doña Fronilde, nuera de Fernán González a un monasterio de Cigüenza de la iglesia de San Juan: "et in Fonte Arcayo celia Sancti Joannis" En el siglo xi aparece nombrado el lugar de Fonte Archayo en el cartulario de San Salvador de Oña, en el documento de donación del cenobio por los condes Sancho García y Urraca. La actual denominación de la villa no aparecería hasta setenta años después.