Uno de los trece hijos del ingeniero Mariano Royo Urieta y de su esposa María del Pilar Villanova Perena, miembro de una familia de célebres intelectuales, era hermano mayor de Ricardo Royo Villanova y del periodista Luis Royo Villanova.

Profesor catedrático de Derecho Administrativo en la Universidad de Valladolid, fue director del periódico El Norte de Castilla entre 1902 y 1906.

Su carrera política como diputado se inició en 1910 cuando, como miembro del Partido Liberal, fue elegido por el distrito de Valderrobres^[3]​ (provincia de Teruel). En 1916 obtuvo escaño por el distrito de la ciudad de Teruel.^[4]​

El 27 de noviembre de 1921 ingresó en la Real Academia de Ciencias Morales y Políticas con la lectura de El terrorismo, la libertad y la policía, cubriendo la plaza vacante por el fallecimiento en 1920 de Victoriano Guisasola y Menéndez.^[5]​

Con la proclamación de la Segunda República Española y como independiente en el seno de la minoría agraria obtuvo nuevamente un escaño, en esta ocasión por la circunscripción de Valladolid, en las elecciones de 1931. Revalidó el acta parlamentaria en las elecciones de 1933 y se integró en el nuevo Partido Agrario.

En las Cortes Constituyentes se hicieron notar, por su actuación en el seno de la Minoría Agraria, quienes habrían de ser sus principales dirigentes: Antonio Royo Villanova, célebre por su cerrada oposición al Estatuto de autonomía de Cataluña de 1932; José María Cid, tenaz opositor a la ley de Reforma Agraria; y José Martínez de Velasco, presidente, a la sazón, de dicha minoría, convertida en baluarte combativo de las diversas derechas no republicanas.

Durante el bienio radical-cedista, ocupó la cartera de ministro de Marina, entre el 6 de mayo y el 25 de septiembre de 1935, en el gobierno que presidió Alejandro Lerroux.

Condecorado con la gran cruz de la Orden de Isabel la Católica; falleció a las 4 de la tarde del 7 de noviembre de 1958 en su casa del número 7 de la madrileña calle de Fortuny.^[6]​

Casó con María del Consuelo Fernández-Cavada y Bustamante (m. 1964), de quien tuvo a Segismundo Royo-Villanova y a Alejandro Royo-Villanova y Fernández-Cavada, juez de instrucción, asesinado en Colmenar Viejo el 12 de agosto de 1936.

Entre sus obras literarias destacan El problema catalán (1908) o Un grito contra el Estatuto (1932), en las que se muestra contrario a la autonomía de Cataluña. Enconado anticatalanista, llegó sin embargo a aprender la lengua catalana y a traducir el ensayo de La nacionalitat catalana de Prat de la Riba al castellano.^[7]​ En 1940 publicó Treinta años de política antiespañola.^[8]​

• Calonge Velázquez, Antonio, Antonio Royo Villanova (1869-1958). Académico, político y periodista, Ediciones Universidad de Valladolid, 2017
• Gil Cuadrado, Luis Teofilo (2006). El Partido Agrario Español (1934-1936): Una alternativa conservadora y republicana. Madrid: Universidad Complutense de Madrid. ISBN 978-84-669-2932-5. 
• Martínez Neira, Manuel (2014). «Antonio Royo Villanova en la Academia (el terrorismo ante el derecho administrativo o una incursión en el nuevo derecho constitucional)». Historia Iuris: Estudios dedicados al profesor Santos M. Coronas González (Oviedo: Universidad de Oviedo; KRK ediciones) 2: 957-968. ISBN 978-84-16046-19-5. 
• Marzal, Pascual (2015). «Criminal Law under the Francoist Regime: the Influence of Militarism and National-Catholicism». En: Stephen Skinner (Ed.). Fascism and Criminal Law: History, Theory, Continuity (Oxford y Portland: Hart Publishing): 127-148. ISBN 978-1-84946-552-6. 
• Pich Mitjana, Josep; Contreras Ruiz, José; Pastrana Piñero, Juan (2015). «A sangre y fuego. Antonio Royo Villanova, maestro de administrativistas y de anticatalanistas». Historia Contemporánea (Bilbao: Universidad del País Vasco) (51): 609-640. ISSN 1130-2402. 

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Antonio Royo Villanova.

• Antonio Royo Villanova en el Diccionario de catedráticos españoles de Derecho (1847-1984) de la Universidad Carlos III de Madrid.