Nacido en la población asturiana de Tuilla, David Villa Sánchez ascendió en la temporada 2001-2002 al primer equipo del Sporting de Gijón, club con el que jugó dos temporadas completas en Segunda División. Llamó la atención de los equipos de Primera tras marcar 39 goles en 78 partidos y el Real Zaragoza lo fichó en la temporada 2003-2004.

En sus dos temporadas en el Zaragoza marcó 17 y 15 tantos, respectivamente, convirtiéndose en Liga en el segundo máximo goleador español, sólo por detrás de Fernando Torres, que marcó un tanto más. Su récord en el campeonato, sin embargo, lo consiguió en Segunda, con el Sporting, en la temporada 2002-2003, con 20 goles. Su magnífico rendimiento como goleador unido a su juventud, hicieron que los grandes equipos españoles se fijaran en él. En el verano de 2005, el Valencia pagó por el delantero los 12 millones de euros que figuraban en la cláusula de rescisión de su contrato, que vencía en 2008, convirtiéndose en el tercer fichaje más caro de la historia del club de Mestalla, por detrás de Pablo Aimar y Gonzalo de los Santos.

Nada hacía sospechar, cuando David Villa fue presentado en Mestalla, que había nacido una de las mayores leyendas en la historia del Valencia CF. En las cinco temporadas en las que permaneció en el conjunto che, el delantero marcó un total de 125 goles en 208 partidos oficiales, con una media de 0.6 goles por encuentro, convirtiéndose en el segundo máximo goleador de la historia del club, sólo por detrás de Mundo (186) y superando a Kempes (119) y Waldo (115). Sus registros anotadores fueron apabullantes, y en Liga marcó 107 goles, siendo el máximo goleador nacional varias temporadas, y a punto estuvo de lograr el pichichi en su primera campaña. Sus números le convirtieron en titular indiscutible con la selección española, con la que se proclamó campeón de Europa y del Mundo, convirtiéndose también en el máximo goleador de la historia del combinado nacional.

Su debut con la camiseta del Valencia se produjo en la Intertoto, ante Gent belga, anotando uno de los goles en la victoria. Debutó en frente al Betis, y en la segunda jornada se estrenó como goleador frente al Zaragoza. A partir de ahí surgió la leyenda, finalizando la temporada 2005-2006 con 25 goles, siendo el segundo máximo anotador del campeonato. La temporada 2006-2007 no fue tan prolífica, aunque Villa forjó su leyenda en Europa con una espectacular actuación en la Champions, en la que el Valencia fue eliminado en cuartos de final por el Chelsea. Finalizó la Liga con 15 y goles 11 asistencias, convirtiéndose en el mejor pasador de la temporada. A partir de ese momento empezaron a surgir rumores e intereses por él de los mejores equipos del continente.

La temporada 2007-2008 estuvo marcada por la irregularidad, tanto para Villa como para el Valencia, que finalizó la Liga en décimo puesto, aunque logró proclamarse campeón de la Copa del Rey. Marcó 18 goles en 28 partidos de Liga. Ese verano, llegó el primer intento de fichaje por parte del Real Madrid, pero el jugador optó por renovar su contrato hasta 2014. En la temporada 2008-2009 Villa batió todos sus registros. Logró su gol número 100 en Primera, e igualó el récord de goles anotados por un futbolista del Valencia en una campaña: 28 goles, algo que sólo habían logrado antes Mario Kempes, en 1978, y Pedja Mijatovic, en 1996.

En su última temporada con el Valencia, la 2009-2010, Villa marcó 21 goles, que ayudaron a clasificar al equipo para la Champions League después de dos temporadas de ausencia. En la Europa League consiguió la mejor cifra anotadora de su carrera en competición europea, con 7 goles en 11 partidos. Villa jugó su último partido con el Valencia el 5 de mayo de 2010 ante el Xerez y unos días más tarde se hizo oficial su traspaso al FC Barcelona a cambio de 40 millones de euros. Esta operación lo convirtió en el segundo futbolista español más caro de la historia hasta la fecha, por detrás de Gaizka Mendieta, vendido también por el Valencia a la SS Lazio por 41,6 millones. Además, ese mismo año, la Federación Internacional de Historia y Estadística de Fútbol situó a Villa en el tercer puesto de la clasificación de El Mejor Goleador del Mundo. Se iba una de las grandes leyendas de la historia del Valencia.

En el Barcelona, David Villa no vivió los mismos éxitos que había conocido en el Valencia. Su trayectoria en el equipo catalán fue de más a menos. En su primera temporada marcó 18 goles en 34 partidos y logró su primer título de Liga, además de la Champions League, en cuya final marcó el tercer gol de su equipo ante el Manchester United. En su segunda temporada, Villa vivió la mayor desgracia de su carrera, ya que en diciembre de 2011 se fracturó la tibia de la pierna izquierda perdiéndose el resto de la temporada. Su última temporada en el Camp Nou fue amarga, ya que apenas contó para el técnico azulgrana, y sus registros disminuyeron, marcando 16 en todas las competiciones oficiales. El 8 de julio de 2013 se hizo oficial su traspaso al Atlético de Madrid por un importe de 5 millones de euros. La temporada 2013-2014 se proclamó campeón de Liga con el conjunto colchonero.

El 2 de junio de 2014 se convirtió en el primer fichaje de la historia del New York City FC, equipo recién fundado y que compite en la Major League Soccer de Estados Unidos, antes, jugó cedido unos meses en el Melbourne City FC australiano.