El nombre, según los entendidos procede de "toba" que es una clase de piedra caliza, ligera, frágil que abunda en el casco urbano.

En lo que respecta a referencias históricas importantes cabe señalar que en el año 1160, doña Sancha regala al abad de Ibeas de Juarros varios lugares y bienes que posee, entre ellos habla de "Tovilla". No hay duda de que se trata de Tubilla del Agua ya que inmediatamente figuran San Felices y después  Covanera.

Según documentación de Huelgas, al año siguiente el mismo Prelado vende a este monasterio lo que había comprado anteriormente a la segunda Sancha y expresamente se cita "Toviella" (refiriéndose a Tubilla).

El Libro de las Behetrías de Castilla, del año 1352, dice de este pueblo:"Toviella es lugar solariego de Fernando Rodríguez, filo de Fernando Rodríguez de Villalobos e de la orden de Santiago e de San Martín de Escalada. Pagan al rey servicios e monedas. Dan cada uno de infurción a su señor una fanega de cebada y media de trigo y una cántara de vino y quatro sueldos". Esta referencia podría explicar quizás la existencia de tres parroquias en un pueblo relativamente pequeño o grande, como se quiera. Se sabe que la iglesia de San Miguel dependía de la Orden Militar de Santiago. Hubo un monasterio en Santa Eufemia de Cozuelos (Palencia) que perteneció al obispo de Burgos entre 1075 y 1186.

 Este último año el Prelado burgalés lo cedió al rey Alfonso VIII a cambio de la abadía de Cervatos (Cantabria) cerca de Reinosa y el monarca lo entregó a la rama femenina de la Orden Militar de Santiago. Tal convento femenino en 1502 se traslada a Santa Fe de Toledo dejado libres por otras religiosas de la Orden de Calatrava.

Cabe la hipótesis de que la iglesia de Santa María estuviera relacionada con los Villalobos ya que pegando hay restos de una fortaleza o castillo bien emplazado. Posiblemente del emplazamiento primero loca- lizable en la "Cueva de los moros" se bajó aquí. Luego se extendió hacia San Miguel.

Aunque falta documentación que lo avale, probablemente el templo de San Juan tendrá que relacionarse con el monasterio de San Martín de Escalada. Se sabe que en 1435 los canónigos de San Martín de Escalada arriendan un molino en Tubilla sobre el Río Rudrón.
 
En 1480 el señor de Cifuentes vende el Valle y Honor de Sedano al Marqués de Aguilar. Este nuevo personaje trató de llevar la capitalidad del Valle desde Sedano a Tubilla basado en que era más céntrico y contaba con fortaleza, edificio más apto para cárcel pero un pleito citado por lo comarcanos contra el proyecto acabó con sentencia real el 1487 señalando que Sedano fue cabeza de alfoz y no debía de moverse la horca y picota, atributos de su categoría.

Entre los papeles encontrados del Concejo cabe destacar el censo perpetuo a favor del Marqués de Aguilar sobre los molinos que "están junto al lago de dicho lugar, baxo la puente del arco" contra el Concejo y  tiene fecha de 1496.
 
El Catastro de la Ensenada del año 1752 que ordenó realizar Zenón de Somodevilla, Marqués de la Ensenada, refleja ciertos datos de interés sobre esta localidad. Indica que el pueblo era rico en nogales, manzanos, perales, olmos, cereales etc. En materia de diezmos tres novenos cobraba el arzobispo de Burgos, otros tres pertenecían a los curas, uno a las parroquias y los dos restantes en el caso de San Miguel iban al convento de Santa Fe de Toledo y los de Santa María y San Juan al Marqués de Miravel cuyo derecho adquirió por herencia del Marqués de Aguilar quien los compró a Felipe II adelantándoles dineros para hacer frente a la deuda del estado.
En 1845 se hizo una reorganización municipal a nivel de nación. Tubilla recibió los Concejos de San Felices con 251 habitantes y Covanera con 159. Bañuelos y Tablada se mantuvieron independientes hasta 1923 en que Bañuelos se unió a Tablada y ambos a Tubilla en 1926.

En lo que respecta a la evolución demográfica, Tubilla contaba en 1875 con 79 vecinos, es decir, 325 habitantes. Atendiendo a su profesión hallamos tres camineros, dos carpinteros, confitero, secretario, molinero, maestro, aceitero, pastor, pisonero, cestero, cura y los demás labradores. En 1900 se mantiene el número de vecinos y suben los habitantes alcanzando 342 personas. La gripe de 1918 apenas tuvo reper-cusiones demográficas en este lugar. Los hogares abiertos en 1925 suman 71 y los moradores 285. En este momento destaca el elevado número de industriales, siete. Desde 1940 se observa una caída constante que se estabiliza en la década de los setenta. En 1940 Tubilla contaba con 62 familias integradas por 225 miembros y en 1977 los vecinos eran 23 y los habitantes 59.