У дорослому футболі дебютував 1959 року виступами за команду «Універсідад де Чилі», кольори якої захищав до завершення кар'єри, вигравши за цей час 6 титулів чемпіона Чилі у 1960, 1963, 1965 та 1966 році.
У складі збірної був учасником чемпіонату світу 1966 року в Англії[5], де зіграв у всіх трьох матчах — проти Італії, КНДР та СРСР, але команда не подолала груповий етап. Також Вільянуева був основним гравцем збірної і на чемпіонаті Південної Америки 1967 року в Уругваї, на якому команда здобула бронзові нагороди, а Уго відіграв у чотирьох з семи матчах — проти Колумбії (двічі), Венесуели та Парагваю, які і стали його останніми іграми за збірну. Загалом з 1964 по 1967 рік він провів 33 матчі у складі національної збірної[6].
