David Bowers skrev i ett brev att syriska flyktingar inte bör vidarebosättas i hans stad, med hänvisning till säkerhetsproblem.
För att belysa saken jämförde han oron över flyktingarna med 1940-talets internering av japanska amerikaner.
Interneringslägren - som nu betraktas som olagliga - anses allmänt vara en pinsam period i USA:s historia.
"Jag påminns om att president Franklin D Roosevelt kände sig tvungen att fängsla japanska utländska medborgare efter bombningen av Pearl Harbor och det verkar som om hotet om skada för Amerika från [IS] nu är lika verkligt och allvarligt som det från våra fiender då," Mr Bowers, en demokrat, skrev.
Mer än 30 amerikanska guvernörer har sagt att de inte vill att Syriens flyktingar ska vidarebosättas i sina stater efter attacker i Paris nyligen knutna till den så kallade islamiska staten dödade mer än 100 personer.
Även om guvernörerna inte har den rättsliga befogenheten att göra detta, kan de komplicera vidarebosättningsprocessen. USA:s president Barack Obama kallade sitt svar "hysteriskt".
Virginia Republikans försökte ta avstånd från Bowers kommentarer.
"Jämföra det försiktiga steget att pausa för att utvärdera en granskning processer till den författningsstridiga internering av amerikanska medborgare bevisar att demokrater helt enkelt inte förstår nationell säkerhet," John Whitbeck, ordföranden för Virginia Republikan Party, sade i ett uttalande.
Brevet gjorde också narr av sociala medier med kändisar som fördömde Bowers.
Skådespelare och japansk-amerikan George Takei skrev på Facebook: "Mayor Bowers, det finns några viktiga punkter i historien du verkar ha missat."
"Internationen [inte en "befälhavare"] var inte av japanska "utländska medborgare", utan av japanska amerikaner, varav två tredjedelar var amerikanska medborgare", skrev Takei.
"Jag var en av dem, och min familj och jag tillbringade fyra år i fångläger eftersom vi råkade se ut som människorna som bombade Pearl Harbour. Det är mitt livs uppdrag att aldrig låta något sådant hända igen i Amerika."
Borgmästaren i Roanoke i Virginia har kritiserats efter att han verkade stödja interneringen av japanska amerikaner under andra världskriget.