Vila-real va ser fundada com a resultat de la segregació del municipi veí de Burriana pel rei Jaume I d'Aragó l'any 1274, i el seu llibre fundacional està datat a València el 20 de febrer. Aquest va ser un dels pocs pobles fundats pel rei. El 1329, Vila-real va canviar les seues lleis de les originals del Regne d'Aragó a les del Regne de València.

Des de la seua fundació, Vila-real va tenir representació en les Corts del Regne i va obtenir el privilegi de poder usar per al seu escut la insígnia del rei Jaume I –quatre barres verticals roges sobre fons or–.

Vila-real a penes va conservar restes d'interés històric corresponents a èpoques anteriors. D'entre les més importants cal destacar el conjunt de séquies romanes (segle III) que naix de la contornada de l'ermita de la Mare de Déu de Gràcia, la part millor conservada del qual és coneguda com "les Argamasses" i el xicotet aqüeducte denominat "els Arquets".

Del període fundacional es manté el centre de l’antiga planta hipodàmica de la vila, que constitueix la plaça porticada de gran sabor medieval en què s'aprecien fins a quatre tipus d'arcades diferents. Aquesta plaça "de la Vila", declarada Bé d'Interés Cultural el 1974 i Monument Historicoartístic, és el centre de la ciutat i fa cantó amb el carrer Major Sant Jaume en un edifici que s'alça després d'haver patit diverses transformacions en el que va ser l'antic "Hostal del Rei".

De la muralla medieval romanen algunes restes, com els llenços de façana de l’anomenada "Casa de l'Oli", avui convertida en Arxiu Municipal i sala d'exposicions, que manté part de la muralla i una sala amb arcs d'estil gòtic. Des del seu interior poden apreciar-se les característiques i l’estructura d'aquest mur defensiu i, sobretot, l'angle corresponent a la "Torre Motxa", última resta dels baluards de defensa de la vila. Annex a aquesta, roman un xicotet enreixat, resta del sistema d'evacuació d'aigües residuals en l'edat mitjana.

Del segle XIII, i construït per concessió del rei Jaume a Pere Dahera, és el pont sobre el Millars als voltants de l'ermita de Santa Quitèria.

L’única resta del segle XVI és la façana de l'antiga església de la Sang, construïda sobre solars d'una aljama jueva, de la qual es manté l'arc de mig punt amb alguns motius de la Passió.

La monumental església Arxiprestal, construïda entre 1752 i 1779, recentment declarada Bé d'Interés Cultural per la Conselleria de Cultura, dedicada a l'apòstol sant Jaume, guarda en l’interior importants pintures i peces escultòriques. La seua planta, de tradició barroca és obra del carmelita José Alberto Pina i està revestida d'ornamentació neoclàssica. Consta de tres àmplies naus de la mateixa altura, igual que el creuer i l'absis. Les capelles laterals, situades entre els contraforts, es cobreixen amb volta d'aresta i les naus amb volta de canó. En l'encreuament dels eixos principals s'alça una cúpula sobre tambor. El campanar octogonal de la façana principal va ser erigit el 1682, encara en la placeta de l'antiga església medieval. L'ornamentació de les petxines de la cúpula amb temes del martiri de sant Jaume és obra del pintor José Vergara de finals del s. XVIII, el qual va fer també els frescos de la capella de la Comunió. El "Via Crucis" va ser pintat per l'onder Bernardo Mundina Milallave. En els extrems de les naus laterals hi ha obres de Vicente Castell, les principals de les quals representen el Baptisme i la Resurrecció de Crist, la Consagració eucarística i la processó local del Corpus Christi a finals del segle passat. Els altars, decorats en el s. XIX, tenen escultures d'Amorós (Sant Jaume), Ortells (la Verònica i el Sant Sepulcre), Ponsoda (Mare de Déu del Rosari), Pedro Gil (Sant Llorenç, la Divina Aurora), Llorens Poy (Mare de Déu de Gràcia) i altres. La parròquia guarda un important museu en què, a més de valuoses peces litúrgiques, destaca la capella del Crist de l'Hospital, últim vestigi d'aquell edifici sanitari concedit pel rei fundador a la vila, amb una interessant decoració barroca. Erigida en el primer terç del segle XVIII, consta d'una sola nau amb volta de canó. El presbiteri apareix ornamentat amb talles d'àngels, garlandes i medallons daurats, i guarda una còpia de l'antic crucifix, hospitalari, de gran valor sentimental. L'edifici que l'alberga és avui un monestir de religioses dominiques, que conserven una important col•lecció pictòrica en les habitacions claustrals.

Un altre edifici molt representatiu de l'arquitectura popular mediterrània que acull, juntament amb una important mostra de taulelleria medieval, renaixentista i barroca, un museu etnològic i un gabinet d'arqueologia és l’ermita de la Mare de Déu de Gràcia. És interessant, per la seua completa decoració barroca i el xicotet oratori que guarda la imatge de la patrona. L'origen del monestir es remunta a l'any 1577, quan els religiosos descalços (franciscans reformats per sant Pere d'Alcàntara) van arribar a Vila-real a fi de fundar un convent. De l'ermita de la Mare de Déu de Gràcia, on habitaven, es van traslladar el 1578 a la de la Mare de Déu del Rosari, cedida per les autoritats locals. Aquesta ubicació, extramurs però més pròxima a la vila, va facilitar la seua labor i va influir per a construir i donar títol al convent alcantarí. En el nou i auster edifici va viure els seus últims anys fra Pasqual Baylón. L'ermita de la Mare de Déu de Gràcia, situada a dos quilòmetres de la població, i el seu entorn són un dels focus principals de la vida cultural i espiritual de la ciutat de Vila-real. Les obres de l'actual ermita s'originen en el segle XVI i han patit des d'aquell moment nombroses modificacions i ampliacions, encara que sempre han mantingut els traços de l'estructura original. La intensa rehabilitació de l'edifici realitzada el 1986 va recuperar el seu caràcter i utilitat després de llargs anys de degradació i abandó, i va potenciar el seu ús públic i cultural, en valorar els seus aspectes artístics més interessant i suprimir-ne els elements estranys acumulats amb el pas del temps.

Tot l'espai natural que segueix la revolta del riu Millars entorn del promontori de l'ermita ha sigut propietat del municipi des del període medieval, i s’ha utilitzat com a predi comunal amb distintes aplicacions. Avui, convertit en lloc d'esplai i pràcticament cobert d’un frondós arbratge, continua sent un focus d'afluència de visitants durant totes les estacions de l'any, unes vegades per a propòsits devocionals, d’altres per a activitats educatives o esportives i, finalment, d’altres simplement i fonamentalment per a entrar en contacte amb la naturalesa en un paratge de singular bellesa.

El bosc superior comprén la seu del "Centre d'Educació Ambiental El Termet", que depén de l'Ajuntament i de la Generalitat Valenciana. Per les aules d’aquest centre passen cada curs milers d'estudiants que exerceixen activitats d'estudi i protecció del medi natural, procedents no sols de totes les comarques valencianes sinó de diverses comunitats autònomes espanyoles. La zona compta amb espais per a la pràctica esportiva i amb piscines en les instal•lacions de les quals han tingut lloc importants campionats de natació, així com restaurant i cafeteries per al servei dels visitants. Quant al bell passeig a la vora del riu, el passeig del "Botànic Calduch", notablement afectat per les conseqüències de diverses avingudes, és ara objecte de plans de millora per a recuperar la seua tradicional esplendor botànica.