Med två minuter kvar av ordinarie tid, i den 88:e minuten, kom matchens enda mål. Inbytte Edison Cavani hängde inte med på hörnan från vänster som nådde Kortney Hause som nickade in 1-0 till gästande Villa.
United tryckte på för en kvittering och fick också ett gyllene läge.
Efter en solklar hands i straffområdet blåste domaren straff för United på övertid. Trots att Cristiano Ronaldo fanns kvar på planen var det Bruno Fernandes som stegade fram och drog till från elva meter.
Shaw och Maguire ut skadade
Men straffen var, milt uttryckt, svag och flög högt, högt över.
– Bruno brukar vara bra i de här lägena men tyvärr missade han den här, säger Uniteds tränare Ole-Gunnar Solskjaer i Viasats sändning.
Solskjaer är osäker på om Aston Villas segermål skulle godkänts.
– Jag är besviken över resultatet så klart. Och målet, är det offside? Det är i alla fall tråkigt att få ett sådant domslut mot sig.
Liverpool upp i ensam serieledning
Utöver straffmiss och förlust så åkte United också på två skador. Både Luke Shaw och Harry Maguire byttes ut.
– Just nu ser de ut att missa onsdagen (Champions League-mötet med Villarreal), men vi får se, säger Solkjaer.
Liverpool spelade 3-3 mot Pontus Janssons Brentford och gick i och med det upp i ensam serieledning. Man toppar Premier League en poäng före Manchester City, Chelsea, Manchester United och Everton.
KLIPP: Jesus matchhjälte för City i tungviktsmötet
Premier League
Manchester United
0 - 1
Aston Villa
Första halvlek
Shaw29'- Dalot
Shaw34'
Andra halvlek
- 66'J. McGinn
- LindelöfMaguire67'
- Fred77'
- 78'BuendiaIngs
- CavaniMcTominay82'
- 86'ArcherRamsey
- 88'0 - 1
Hause (Douglas Luiz) - 90'Cash
Fernandes (Missad straff)90'+3'
| # | Lag | S | V | O | F | GM-IM | M | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 |  MCIManchester City | 38 | 29 | 6 | 3 | 99-26 | +73 | 93 |
| 2 |  LIVLiverpool | 38 | 28 | 8 | 2 | 94-26 | +68 | 92 |
| 3 |  CHEChelsea | 38 | 21 | 11 | 6 | 76-33 | +43 | 74 |
| 4 |  TOTTottenham Hotspur | 38 | 22 | 5 | 11 | 69-40 | +29 | 71 |
| 5 |  ARSArsenal | 38 | 22 | 3 | 13 | 61-48 | +13 | 69 |
| 6 |  MUNManchester United | 38 | 16 | 10 | 12 | 57-57 | 0 | 58 |
| 7 |  WHUWest Ham United | 38 | 16 | 8 | 14 | 60-51 | +9 | 56 |
| 8 ↑ |  LEILeicester City | 38 | 14 | 10 | 14 | 62-59 | +3 | 52 |
| 9 ↑ |  BHABrighton & Hove Albion | 38 | 12 | 15 | 11 | 42-44 | -2 | 51 |
| 10 ↓ |  WOLWolverhampton Wanderers | 38 | 15 | 6 | 17 | 38-43 | -5 | 51 |
| 11 ↑ |  NEWNewcastle United | 38 | 13 | 10 | 15 | 44-62 | -18 | 49 |
| 12 ↑ |  CRYCrystal Palace | 38 | 11 | 15 | 12 | 50-46 | +4 | 48 |
| 13 ↓ |  BREBrentford | 38 | 13 | 7 | 18 | 48-56 | -8 | 46 |
| 14 |  AVLAston Villa | 38 | 13 | 6 | 19 | 52-54 | -2 | 45 |
| 15 |  SOUSouthampton | 38 | 9 | 13 | 16 | 43-67 | -24 | 40 |
| 16 |  EVEEverton | 38 | 11 | 6 | 21 | 43-66 | -23 | 39 |
| 17 ↑ |  LEELeeds United | 38 | 9 | 11 | 18 | 42-79 | -37 | 38 |
| 18 ↓ |  BURBurnley | 38 | 7 | 14 | 17 | 34-53 | -19 | 35 |
| 19 |  WATWatford | 38 | 6 | 5 | 27 | 34-77 | -43 | 23 |
| 20 |  NORNorwich City | 38 | 5 | 7 | 26 | 23-84 | -61 | 22 |