Geboren in London, aufgewachsen und ausgebildet in Paris an der Ecole des Beaux-Arts, befreundet mit den zeitgenössischen Künstlern der Pariser Avantgarde, gründete Villanueva 1929 sein Architekturbüro in Caracas. Dort entwarf und realisierte er große Bauten, u.a. die Universitätsstadt in Caracas mit rund 100 Gebäuden, unter denen die Große Aula mit ihrer geschwungenen weißen Decke und den unter ihr hängenden farbigen geformten Platten von Calder besonders beachtenswert ist, ferner das Olympiastadion und Wohnsiedlungen. Er verband die Radikalität moderner Architektur mit sehr persönlicher kraftvoller Dynamik in den Formen und Farben. Er arbeitete viel mit Sichtbeton und legte großen Wert darauf, die konstruktiven Elemente in expressiven Formen sichtbar werden zu lassen.