L’histoire de Villemomble Sports remonte au début des années 1920. L’association municipale d’éducation physique et de préparation militaire est officiellement créée le 20 octobre 1921, tandis que sa première section, le football, voit le jour en 1922. Le club se développe rapidement à Villemomble, dans l’actuelle Seine-Saint-Denis, et accueille notamment plusieurs joueurs issus de la Raincéenne, club voisin du Raincy disparu au début des années 1920. Dans l’entre-deux-guerres, Villemomble Sports développe également de nombreuses autres disciplines sportives et crée une école de football dès 1933. Le club s’installe alors durablement dans la vie sportive locale.
La section football connaît une première période de progression importante dans les années 1960. En 1967, elle remporte le championnat de Promotion d’Honneur de Paris et accède à la Division d’Honneur Régionale. L’année suivante, le club adopte officiellement le nom de Villemomble Sports et décroche immédiatement le titre de champion de Paris de DHR, synonyme d’accession en Division d’Honneur. Villemomble s’installe alors au plus haut niveau régional et y reste plusieurs saisons. En 1977, l’équipe réalise également un remarquable parcours en Coupe de France, atteignant les 16es de finale après avoir notamment éliminé plusieurs formations régionales. Elle est finalement éliminée par l’OGC Nice, pensionnaire de première division, après une confrontation en deux manches.
Cette progression débouche en 1978 sur la première accession de Villemomble Sports à un championnat national. Champion de Division d’Honneur, le club rejoint la Division 4, alors quatrième niveau du football français. Cette première expérience nationale constitue l’un des principaux sommets de l’histoire du football villemomblois. Le club dispute une saison à ce niveau avant de retrouver les compétitions régionales. Villemomble s’installe ensuite durablement en Division d’Honneur et doit attendre plus de deux décennies avant de connaître une nouvelle ascension vers les championnats nationaux.
Le renouveau intervient au début des années 2000. Après l’arrivée de Gérard Vivargent à la présidence de la section football, Villemomble Sports connaît une spectaculaire progression sous la direction de l’entraîneur Alain M'Boma. Le club enchaîne trois promotions en quatre saisons et retrouve d’abord le CFA 2 en 2005, avant de remporter son groupe de CFA en 2007 et d'accéder pour la première fois de son histoire au Championnat National. Villemomble ne reste cependant qu’une saison au troisième niveau : lors de la saison 2007-2008, le club termine 18e du National et est relégué en CFA. Cette période reste néanmoins l’apogée sportive du club, qui aura ainsi connu à la fois la Division 4 à la fin des années 1970 et le troisième échelon national près de trente ans plus tard.
