Topónimo claro compuesto del común villa y de ota, resultado patrimonial castellano del latín ALTA, que ha vocalizado su /l/ en /u/ y posteriormente ha monoptongado el diptongo /au/ en /o/. Esta forma tradicional ota, oto fue sustituida posteriormente por la introducción del latinismo alta, alto, pero ha dejado abundantes restos en la toponimia. Así pues, "villa alta", "villa que está en un alto". El segundo elemento, "del Duque", hace referencia muy posiblemente a su posesión por parte del Ducado del Infantado. No es reciente, pues figura ya así al menos desde 1528, al encontrar la denominación en todo igual a la actual en el censo de Pecheros de Carlos I.  Ha sido añadido como elemento distintivo, dado que existen otras localidades del mismo nombre, como la estudiada aquí, Villota del Páramo, que además está en la misma provincia de Palencia. Es llamativa la aparición del topónimo como Villota de la Vodega en la copia más antigua del Becerro de las Behetrías, de 1352.