Es organizado como sociedad anónima deportiva, perteneciente al municipio valenciano de Villarreal en la provincia de Castellón (España).
El Villarreal C.F. nació el 10 de marzo de 1923 bajo el nombre de Club Deportivo Villarreal, y desde el 17 de junio de 1923 disputa sus encuentros en el estadio de El Madrigal, con capacidad para 25 514 espectadores. El club conserva un curioso récord: todavía hoy es –con algo más de 19.000 afiliados– el club de fútbol en toda la historia de la competición profesional con mayor número de abonados en proporción a los habitantes de su ciudad sede. Llegó a superar los 20.000 e incluso conservó 12.543 abonados en su última estancia en Segunda División.

Desde la década de los años 40, la indumentaria del club se ha caracterizado por el color amarillo de su camiseta, y el equipo es conocido popularmente bajo el apodo de Submarino Amarillo o Submarí Groguet (en valenciano). En 2002, se inauguraron las instalaciones de la Ciudad Deportiva del Villarreal, lugar donde entrena el primer equipo y las categorías inferiores.
Uno de los mayores logros deportivos de la entidad, ha sido la consecución del subcampeonato nacional de liga en la temporada 2007-08, aunque previamente, en la Liga de Campeones de la UEFA 2005-06, alcanzó las semifinales del torneo, proclamándose como el mejor equipo debutante de la competición. En diciembre de 2004, la IFFHS proclamó al Villarreal C.F. como el mejor equipo del mes a nivel mundial.

Al inicio del Campeonato español de liga, el C.D. Villarreal quedó encuadrado en categorías regionales, hasta la temporada 1935/36, momento en que desaparece la Tercera División y el C.D. Villarreal (como campeón regional) pierde la eliminatoria directa de ascenso a Segunda División ante el Cartagena C.F.. En la temporada siguiente estalló la Guerra Civil española y el C.D. Villarreal desapareció.
En 1940 se constituye un nuevo equipo, el Club Atlético Foghetecaz; El equipo se federa años después, en el verano de 1947, cuyo primer presidente será Lorenzo Carda Corbató. El club –como equipo recién federado– inició su trayectoria desde las categoría más bajas del campeonato regional y debuta en competición oficial vistiendo camiseta amarilla y pantalón negro (aunque anteriormente, como equipo "no federado" siempre usó camiseta blanca). En 1956, asciende por primera vez a Tercera División, manteniéndose en la categoría durante cinco campañas consecutivas, hasta 1961, momento en que desciende a Primera Regional.

Es conocido como Submarino amarillo y empezó a ser conocido con este apelativo en 1967, tras un ascenso a la Tercera División de España, celebrada con la música de la canción "El yellow submarine" de Los Mustang, una versión de "Yellow Submarine" del cuarteto británico The Beatles. En España hay otro equipo, el Cádiz Club de Fútbol, que recibe el mismo sobrenombre, lo que produjo cierta polémica entre las aficiones de ambos equipos por ser el "verdadero Submarino".

Mantiene una rivalidad con el C. D. Castellón, en lo que se conoce como Derbi de la Plana, rivalidad por razones principalmente geográficas. Sin embargo, el rival tradicional del Villarreal fue el Club Deportivo Burriana, ya que además de ser ciudades vecinas, solían jugar en la misma categoría.
Asimismo, el Villarreal disputa otro derbi de carácter geográfico y deportivo contra el Valencia CF, ya que ambos equipos pertenecen a la misma Comunidad Autónoma, y han alcanzado un nivel deportivo durante el siglo XXI bastante parejo, al competir entre sí tanto en Primera División como en encuentros internacionales, e incluso disputarse las mismas plazas en la competición.