La ville a été établie à la fin du XIXe siècle. Elle se développe autour de la colonie missionnaire des Oblats et des postes de compagnies forestières qui exploitent les grandes forêts du lac Témiscamingue pendant plusieurs décennies. La mission des Oblats s'était déjà établie en 1863 près du fort Témiscamingue. Ce fort avait été construit en 1679 sur une île à environ 20 km de l'emplacement actuel par des traiteurs de pelleteries et détruit vers 1688. Le Chevalier de Troye s'y est arrêté en 1686 pendant son expédition pour reprendre les forts de la Baie James à la Compagnie de la Baie d'Hudson. Il a été fondé de nouveau à son emplacement actuel en 1720.
La colonisation des terres autour du lac par des familles des régions plus anciennes du Québec conduit à la fondation de Ville-Marie en 1886. Le nom rend hommage à la patronne des Oblats de Marie-Immaculée, communauté religieuse à l'origine de la localité. Ville-Marie est constituée en village en 1897[2].
Ville-Marie affiche un climat continental humide typique, avec des hivers généralement froids et des étés modérément chauds et humides. Le lac Témiscamingue tempère largement le climat, conférant à Ville-Marie des températures généralement plus douces que ce qu'on retrouve dans d'autres municipalités plus éloignées du lac. La ville détient le record du jour le plus chaud du Québec avec une température de 40 °C enregistrée le [15].