Arnau de Vilanova est né vers 1240. Son lieu de naissance a fait l’objet de controverse dès le Moyen Âge : Valence (en Espagne), la Catalogne, le Languedoc et la Provence l’ont revendiqué en tant que fils pendant des siècles. Actuellement, il ne fait aucun doute qu’il était originaire de l’un des royaumes de la couronne d’Aragon, puisque les témoignages contemporains lui donnaient le surnom de « catalan ». La documentation conservée montre des liens étroits entre Arnau et la ville de Valence. Par conséquent, il s’agit de sa ville d’origine la plus probable, bien qu’une source ultérieure prétende qu’il est né à Villanueva de Jiloca, dans le royaume d’Aragon.
Nous ne savons que peu de choses des premières années de sa vie. Selon ses propres dires, il semblerait qu’il ait commencé ses études dans un couvent des Dominicains. Il fut admis à l’état clérical (ordres mineurs) dans le diocèse de Valence, puisque le pape Clément V l’appelait « clerc du diocèse de Valence ». Il est probable que les Arabes qui demeuraient dans le royaume lui apprirent leur langue. À partir de 1260, il étudie médecine à Montpellier où il obtient le diplôme de magister. Il profite de son séjour à Montpellier pour étudier la théologie pendant un semestre dans le couvent des Dominicains de cette ville. À Montpellier, il rencontre sa femme, Agnès Blasi, avec laquelle il eut une fille, Maria.
