Villmergen liegt im Südosten des Kantons Aargau, eingebettet im Bünztal am westlichen Rand des gleichnamigen Tals. Der Ort breitet sich am Fusse des bewaldeten Rietenbergs aus, der sich als Höhenzug nordwestlich fortsetzt. Im Norden erstreckt sich die Bünzebene, einst von Sumpfgebieten geprägt, heute trockengelegt und teilweise überbaut. Nahe der südlichen Grenze fliesst der Erusbach durch Hilfikon, das zum Gemeindegebiet gehört und dessen Tal den Hinterbach aufnimmt. Die höchste Erhebung des Gebiets erreicht 712 Meter auf dem Rietenberg, während die tiefste Stelle an der Bünz bei 408 Metern liegt.
Erste Spuren menschlicher Besiedlung reichen bis in die Römerzeit zurück, als eine Tonröhrenleitung durch das heutige Gemeindegebiet führte. Später entstand eine alamannische Siedlung zwischen dem 5. und 7. Jahrhundert. Urkundlich erstmals erwähnt wurde Villmergen im Jahr 1185 unter dem Namen Vilmaringen. Die Habsburger übernahmen 1264 die Herrschaft, bevor Luzern das Dorf 1415 eroberte, doch bereits 1425 fiel es an die gemeine Herrschaft der Eidgenossen. Als Hauptort des gleichnamigen Amtes prägte es die Freien Ämter bis zur Reformation, die 1529 kurzzeitig Einzug hielt, bevor der Zweite Kappelerkrieg 1531 eine Rückkehr zum Katholizismus erzwang.
Das Dorf ist vor allem als Schauplatz der Villmergerkriege bekannt, die 1656 und 1712 als Entscheidungsschlachten der Glaubenskonflikte in der Eidgenossenschaft ausgetragen wurden. Die katholische Pfarrkirche St. Peter und St. Paul geht auf das 12. Jahrhundert zurück, doch das heutige neugotische Bauwerk entstand erst 1866 nach Plänen von Wilhelm Keller. Oberhalb des Dorfes thront die Nothelferkapelle von 1697, während im Zentrum historische Häuser aus dem 17. und 18. Jahrhundert stehen. Hilfikon wird vom Schloss auf einem Hügel überragt, das als Wahrzeichen gilt.