Villafranca-vaihe oli nisäkäsfossiilien perusteella määritelty geologinen ajanjakso noin 3–1 miljoonaa vuotta sitten plioseenikauden lopussa ja pleistoseenikauden alussa Euroopassa. Se on saanut nimensä luoteisitalialaisen kylän Villafranca d'Astin kylän mukaan.
Villafranca-vaiheessa kehittyi nopeasti useita uusia nisäkäslajeja. Vaihe on merkittävä myös siksi, että silloin elivät varhaisimmat sellaiset hominidit, joista myöhemmin kehittyi nykyihminen (Homo sapiens).