Nada se sabe de sus primeros quince años de médico, ni tampoco el origen de su nacimiento. En 1955, el doctor Joaquín Carreras conjeturaba un posible origen provenzal. Lo cierto es que procedía de una familia humilde de algún lugar de la Corona de Aragón. Los reyes a los que asistió (como Pedro el Grande, Alfonso el Liberal, Jaime el Justo y Frederic III de Sicilia) le dotaron de generosas mercedes, sobre todo desde 1281. Por ejemplo, fue obsequiado con el señorío del castillo de Ollers (Tarragona). Había estudiado en Lérida y ejerció la medicina en la capital del Segre hasta que solicitaron sus servicios los monarcas. Entonces trasladó su residencia a Barcelona, para estar más cerca de la casa real. Su patrimonio creció de manera considerable. Tuvo propiedades en la ciudad de Valencia, así como una renta vitalicia de 2.000 sueldos jaqueses anuales a percibir de las rentas de la entonces llamada Castellón de Burriana.
El historiador alemán Finke señala el origen valenciano de este personaje, pero lo cierto es que se desconoce a ciencia cierta el lugar de nacimiento. Su fama le llevó a ser profesor de la universidad de Montpellier, entonces posesión del rey de Mallorca, Jaime II de Mallorca, hijo de Jaime I el Conquistador. Escribió varios libros de medicina siendo, al parecer, Speculum medicinae, el primero de ellos. Sus pláticas exacerbadas contra los templarios no pudieron por menos que provocarle un enfrentamiento con el rey Jaime el Justo, defensor de la continuidad de los templarios en sus dominios de la Corona de Aragón. En 1292, Arnau de Vilanova había escrito un opúsculo antisemítico. Sus conocimientos de teología y de cultura hebrea le convirtieron inclusive en asesor espiritual de algunos monarcas o embajador de la casa real. Hábil diplomático, fue enviado a diversas cortes europeas y africanas. Ya mayor, o al menos desde 1304, adoptó una vida al estilo de los franciscanos, estableciendo causas pías y donaciones. Su hija María, imbuida del estilo del padre, ingresó en el convento de dominicas de Valencia.
Nadie habla de una posible vinculación de Arnau de Vilanova con la villa de Fraga. Dado que no existe todavía una confirmación cierta de su origen, reseñamos algunos de los nombres que podrían indicar algún rasgo de consanguinidad con sus homónimos en Fraga: en un documento fragatino datado del año 1255 consta como testigo un tal Bernardi de Vilanova, ciudadano de Lérida. Raymundo de Vilanova era habitante de Cardell (aldea de Fraga) en el año 1295, y Pedro de Vilanova lo hallamos residiendo en la misma aldea en 1325. Para la fecha de 1368 constan diversos Vilanova en nuestra ciudad o en Cardell: Raymundo de Vilanova, Pedro de Villanova, Bernardo de Vilanova, Miguel de Vilanova y Pedro de Vilanova. Es cierto que el apellido Vilanova puede especificar un topónimo original, sin embargo, todos ellos constan de nuevo documentados en Fraga entre 1371 y 1374.
El apellido Vilanova o de Villanova persistió en Fraga durante el siglo XV y siglos siguientes, llegando a nuestros días, de forma ininterrumpida. El estudio lingüístico de los numerosos escritos del reconocido médico Arnau de Vilanova poco puede diferenciarle de la lengua usada por los habitantes del Cinca o de un valenciano. Ambos tenían una lengua común, derivada la una de la otra. No obstante, ésta podría ser una vía de estudio para buscar sus orígenes.