Los primeros rastros de la presencia humana corresponden al Paleolítico inferior (hace 700.000-500.000 años) y corresponden a yacimientos al aire libre en los que se encontraron artefactos, útiles de sílex y cuarcitas, cerámicas, huesos, objetos metálicos, etc. Tal y como estudiaron los historiadores José Luis Uribarri Angulo y Jesús Martínez González, estos restos encontrados son de toscos cantos trabajados o bifaces que permanecieron sin apenas variación hasta la llegada del Homo Erectus que aportó la primera diversificación con la tecnología achelense.
Son varias las hipótesis que se han planteado sobre la funcionalidad de estos hoyos: basureros, silos (almacenes, depósitos), enterramientos, fondos de cabaña, etc. Lo que sí parece claro es que se trata de un mismo fenómeno- el hoyo- utilizado para funcionalidades diferentes.
En el caso de los resultados que se han obtenido en las excavaciones realizadas sobre Villargámar queda descartada prácticamente la posibilidad del enterramiento o la del fondo de cabaña como sucede en Álava o la cuenca del Manzanares respectivamente.
En esta época comienza también la intensa relación de Villárgamar con el Camino de Santiago, dada la cercanía del Hospital del Rey y la atracción que este hospital ejercía sobre los peregrinos.
A partir del siglo XIV comienza la despoblación de Villargámar por causas no bien conocidas.