En el siglo XVI se ampliaría con capillas laterales entre los contrafuertes tal como se conservan en el lado del evangelio, se le dotaría de coro, torre y recrecimiento de la cubierta en altura.
También en este siglo se construye la fuente pública para mayor comodidad de la población y abrevadero; el hospital de San Marcos, que cubre su capilla con bóveda estrellada hoy no visible y zona de mercado en las arcadas de la planta baja; se amplía el Santuario de Virgen de la Sierra alrededor de la iglesia del XIII-XIV rehaciendo la bóveda de la cabecera; y no es descabellado pensar que se conformase ya la plaza para festejos y juegos de toros aprovechando el desnivel existente de la Dula junto a la muralla.
En general, el siglo XVI es un período de desarrollo y riqueza, que se traduce en la consiguiente transformación urbana y social perdurando prácticamente durante todo el siglo siguiente.

Del XVII es significativa la referencia a Villarroya de J. Bautista Labaña que recorre el reino de Aragón en 1610, dando datos en cuanto a su población, descripción del término y lugares, economía, actividades y manufacturas que se producen, etc.
Se lleva a cabo el edificio del actual Ayuntamiento como sede del concejo, construido o remodelado en este siglo sobre otras edificaciones anteriores probablemente destinadas a ese fin.

En la iglesia parroquial se amplían las capillas en el lado de la epístola, conformando a costa de las anteriores una segunda nave, siendo la más representativa la dedicada a la Virgen de la Sierra, si bien su camarín y decoración es típicamente dieciochesca.
Así mismo serían de este período barroco, con claro carácter gremial, las desaparecidas ermitas en los alrededores: San Bartolomé sobre el monte de las eras, San Blas en el actual cementerio, y San Sebastián al otro lado del Ribota encima de la estación del ferrocarril.
Y la renovación de las viviendas de la burguesía acomodada y nobleza local, adecuándolas a los gustos de la época, dotándolas de una mayor amplitud, higiene y representatividad, con ejemplos a lo largo de ambas calles Reales.