Villeroy-sur-Méholle liegt rund 45 Kilometer westsüdwestlich der Stadt Nancy im Süden des Départements Meuse. Verkehrstechnisch befindet sich die Gemeinde wenige Kilometer südlich der Route nationale 4 mit dem nächsten Anschluss in Void-Vacon. Der Ort liegt am Flüsschen Méholle und am Rhein-Marne-Kanal. Diese bilden teilweise die Gemeindegrenze.
Der Name der heutigen Gemeinde wurde im Jahr 1049 unter dem lateinischen Namen Vileregium erstmals in einem Dokument erwähnt. Im Mittelalter gehörte die Gemeinde zur Bailliage Vitry-le-François innerhalb der Champagne. Der Ort gehörte von 1793 bis 1801 zum District Commercy. Zudem von 1793 bis 2015 zum Kanton Void(-Vacon). Die Gemeinde ist zudem seit 1801 dem Arrondissement Commercy zugeteilt. Bis 1924 trug die Gemeinde den Namen Villeroy ohne den heutigen Zusatz.