L’occupation humaine remonte au Néolithique mais c’est essentiellement à partir des invasions vikings que le territoire a réellement commencé à être occupé. L'appellation médiévale de la paroisse pourrait dériver du latin Vila qui, signifiant "village de ceux qui vivent". Au 12e siècle, Villequier est orthographié Willecker, association du mot anglo-saxon wilig (saule) et du terme scandinave kjarr (marais broussailleux). Le domaine des Coudréaux, situé sur le plateau et qui s’étend jusqu’à Touffreville-la-Câble, appartient alors à Richard de Villequier, chevalier dont l’un des aïeux, Robert, a accompagné le comte d’Evreux en Terre Sainte lors de la Première Croisade en 1096. Peut-être ce dernier a-t-il reçu les Coudréaux en remerciements de ses services. En effet, il semble difficile de connaître la date à partir de laquelle Richard de Villequier possède le domaine. Un fief voisin lui est également attribué et prend alors son nom. La seigneurie de Villequier est née. Richard de Villequier y vit jusqu’à sa mort en 1210, date à laquelle le domaine est partagé entre ses trois fils qui héritent des domaines de Bébec, Touffreville et Villequier. La seigneurie de Villequier conserve son domaine jusqu'au 17e siècle. Elle passe ensuite entre les mains de familles successives qui, au cours des siècles, ont fait élever châteaux et lieux de culte, affirmant leur puissance. Ainsi, on trouve l’ancien manoir des Roques construit au 15e siècle, appelée aujourd’hui la Maison Blanche, le manoir de la Guerche construit au 16e siècle, le château de la Martinière bâti en 1832 à l’emplacement d’un manoir disparu ou encore le château de Beaumesnil construit au 18e siècle pour Jacques-François Asselin sur les ruines d’un château dont la présence est attestée en 1602. Il faut attendre 1790 pour que les paroisses de Villequier et Bébec soient érigées en commune et en septembre 1823, une ordonnance royale réunit alors Bébec à Villequier.
Au cours des siècles, Villequier a connu divers développements, notamment grâce à sa position géographique. La commune a été marquée par l'essor du commerce fluvial sur la Seine, qui a facilité les échanges et le développement économique. Les ex-votos présents dans la chapelle Barre-y-va, située entre Caudebec-en-Caux et Villequier, témoignent de l'intensité de cette activité fluviale. La commune a également été le siège d'une station de pilotage jusqu’à ce qu’elle soit déplacée dans les années 1980 à Caudebec-en-Caux. Les pilotes sont essentiels dans la navigation sur la Seine puisque ce sont eux qui guident les navires lors des traversées entre Rouen et le Havre.
L’histoire de Villequier est étroitement liée à l'écrivain Victor Hugo. En effet, sa fille Léopoldine est alors mariée à Charles Vacquerie dont la famille possède une belle demeure bourgeoise en bord de Seine. Il y séjourne une douzaine de fois avant que sa fille et son gendre ne disparaissent tragiquement le 4 septembre 1843 lors d’une sortie en canot sur la Seine. Ils sont enterrés dans le cimetière de l’église Saint-Martin de Villequier avec d'autres membres de la famille Vacquerie, rejoints plus tard par Adèle, épouse de Victor Hugo, puis par leur fille cadette également prénommée Adèle. Depuis 1959, la maison Vacquerie et son jardin, achetés en 1951 par le Département de la Seine-Maritime, accueille un musée consacrée à l’œuvre de Victor Hugo.
La commune a connu un fort développement dans le dernier quart du 19e siècle avec le déploiement d'une tuilerie mécanique fondée en 1874 par Étienne Pornet. Au plus fort de son activité, elle emploie des centaines d'ouvriers avant de fermer ses portes vers 1895 pour des raisons économiques.
Une monographie datée de 1888 donne du village la description suivante : "Nous voici en plein bourg de Villequier, commune de 852 habitants, comprenant l'ancienne paroisse de Bébec. Autrefois, les Villequiérais, pilotes pour la pulpart, partageaient leurs loisirs entre la pêche en Seine et la culture des arbres à fruits, des cerisiers surtout, favorisés par une belle exposition. Aujourd'hui la pêche est considérée comme une ressource très secondaire et une grande partie de la population, celle qui reste en dehors du pilotage, est employée à l’Établissement céramique situé à l'autre extrémité du village."
Depuis 2016, Villequier, devenue commune déléguée, est rattachée à la commune nouvelle de Rives-en-Seine, également constituée de Caudebec-en-Caux et de Saint-Wandrille-Rançon.
Chercheuse associée au Parc naturel des Boucles de la Seine Normande depuis 2014, en charge de l'inventaire du patrimoine bâti et des éléments de paysage associés.