Parece que el topónimo de Población de Arroyo, como los de Campos o de Soto, provenga del sustantivo latino “populus” o conjunto de ciudadanos; en base a una “carta-puebla” o permiso regio para repoblar un lugar; lo de arroyo es un anexo por estar situada la población junto a Arroyo.
En el siglo XIX, Población de Arroyo aún pertenecía a la diócesis de León y el archiprestazgo de Cisneros, contaba con 40 casas, escuela con 19 niños, dos pósitos, dos fuentes: la de Arteruela y el Tejár, y se mantenía en pie la ermita del Bendito cristo del Humilladero. Ya, dentro de su jurisdicción, aparecía como despoblado el lugar de Valenceja.
Recuérdese, como detalle anecdótico, que en Población de Arroyo se rodaron algunas escenas de una película basada en la novela “Las Ratas” del vallisoletano Miguel Delibes.