Villers-Robert ou Ville-Robert qui se prononçait "V' La Robert" semble être l'origine du nom de la commune. Robert pourrait être le roi de France Robert le Pieux (996-1031) ou son fils Robert le Vieux qui fut duc de Bourgogne de 1032 à 1076. Cependant, un autre village a certainement existé bien avant. L'ancienne voie romaine appelée "Levée de Jules César", qui reliait Tavaux à Poligny et à Salins, passe sur le territoire. Ses bords sont couverts de matériaux, briques et tuiles de l'époque romaine, attestant l'existence d'un village. Le pâté de maison comportant un relais de poste pourrait avoir été surnommé "villa rubra" signifiant "maisons rouges" Aujourd'hui encore Villers-Robert se traduit par "V' la Rouba" en patois !

La Seigneurie de Villers-Robert comprenait le village avec son château-fort, Séligney, Le Deschaux et une partie de Tassenières. En 1240, Jean de Châlon l'Antique, comte de Bourgogne et sire de Salins, donne cette terre à sa fille aînée Elisabeth, épouse d'Henri de Vergy. Les descendants la conservèrent jusqu'en 1631. Puis les terres furent acquises par d'autres seigneurs.

L'Orain a alimenté en eau les fossés qui entouraient l'ancienne forteresse construite sur une motte artificielle, à proximité du territoire du Deschaux. Cet édifice était une véritable place-forte en 1357 quand Marguerite de Vergy en fit don au fils d'Alexandre de Noseroy. Elle fut détruite en 1479 pour punir Jean de Salins, resté fidèle à l'archiduc Maximilien contre le roi de France Louis XI. Ce château, reconstruit en 1636, fut pillé en 1636 puis en 1639 par les soldats de France puis détruit.

L'église fut construite en 1834 en remplacement d'une chapelle trop exiguë et détériorée par le temps. Elle est située sur une hauteur qui permet à son clocher d'être visible de très loin. La commune de Villers-Robert est propriétaire des deux tiers, celle de Séligney possède l'autre tiers. Toit et façades ont été restaurés à charges respectives pour les 2 communes. La création d'une association "Le clocher" a permis d'aider à la restauration de l'intérieur de l'édifice et en 2008 de deux magnifiques tableaux, œuvres de la marquise Simone de Vaulchier en 1828 (le refuge des pêcheurs) et de Gustave Brun en 1837 (Naissance de la Vierge Marie). Le presbytère fut transformé en mairie en 2000.

Avant 1794, l'école accueillait des enfants du Deschaux. En 1827, une maison commune fut construite avec deux salles de classe. Elles eurent l'honneur d'apprendre à lire et à écrire au jeune Marcel Aymé de 1905 à 1910. Dès 1988, l'école réussit à survivre en conservant une classe de CP au sein du regroupement pédagogique réalisé en 1984 avec Tassenières, Bretenières et Séligney. L'école fut fermée par manque d'effectif en 2013.

Sur les 1013 ha de la commune, il reste trois exploitations agricoles. Le moulin, la tuilerie, la fromagerie et la tournerie sont maintenant fermés.

Ce célèbre écrivain, né à Joigny, a passé une partie de son enfance chez ses grands-parents maternels à Villers-Robert. Il a vécu à la tuilerie de 1904 à 1910, puis à Dole jusqu'en 1919. C'est dans cette maison qu'il écrivit le roman "Aller-retour" en 1927. La campagne et la forêt Villers-Robertinoise inspireront l'auteur pour d'autres œuvres : "la jument verte", "les contes du chat perché" ou "la vouivre" en flânant le long des étangs.