Empezó a jugar en el UP Langreo, donde jugó hasta los diecisiete años. A esa edad llamó la atención de los clubes asturianos punteros, pero el Real Oviedo descartó incorporarlo a su cantera porque el cuerpo técnico no creyó que tuviese suficiente potencial. En este sentido, se barajó su estatura como principal causa del descarte. Este suceso le dejó el camino libre al Real Sporting, que le incorporó en su cantera, primero en el División de Honor juvenil y posteriormente en el Sporting B para que debutase en la campaña 1999/2000.

Primeros años
Tras dos años acabando de formarse en Mareo, en la temporada 2001/2002 ascendió al primer equipo del Real Sporting, club con el que jugó dos temporadas completas en segunda división.

Real Zaragoza
Llamó la atención de los equipos de primera división tras marcar 39 goles en 78 partidos, y el Real Zaragoza lo fichó en la temporada 2003/2004 por aproximadamente 3 millones de euros y la cesión del delantero croata Mate Bilić.. Durante su etapa en Zaragoza jugó 73 partidos y marcó 32 goles en dos temporadas, y consiguiendo el título de Campeón de Copa ante el Real Madrid, lo que le hizo que debutara en la selección española.

Valencia CF
En la temporada 2005/2006 llegó al Valencia CF, su actual equipo, que para conseguir sus servicios pagó lo estipulado en la cláusula de rescisión de su contrato: 12 millones de euros. En su primera temporada en el club ché cumplió con las expectativas generadas ya que anotó 25 tantos, quedando segundo en el Trofeo Pichichi a sólo un gol de Eto'o.La gran temporada realizada le llevó a ser uno de los convocados por Luis Aragonés para participar en el Mundial de Alemania con la Selección Española.

En la temporada 2006-07, David Villa llegó a ser de nuevo el máximo goleador nacional, consiguiendo así su segundo trofeo Zarra, que otorga el diario deportivo Marca cada año desde el 2006.

En la temporada 2007-08 consiguió 18 goles y ganó la Copa del Rey con el Valencia CF. Fue convocado por Luis Aragonés para la Eurocopa 2008. Tras la Eurocopa el Real Madrid intentó su contratación, pero optó por renovar su contrato con el Valencia CF.