Родился в Москве в семье учителя гимназии. 

В 1866-1873 годах учился в Московской консерватории у скрипача-виртуоза Ф. Лауба, композитора П.И. Чайковского и директора консерватории Н.Г. Рубинштейна.

Весной 1873 года был направлен  в Нижний Новгород, чтобы возглавить развитие музыкального образования и просвещения. По его инициативе в ноябре 1873 года в Нижнем Новгороде открылись музыкальные классы, одно из старейших образовательных музыкальных учреждений России, организатором и первым директором которых был Виллуан. В 1907 году, благодаря его усилиям, классы были преобразованы в училище, директором которого он и оставался до 1918 года. 

Помимо преподавательской деятельности, был основателем симфонического оркестра, в течение 30 лет проводил симфонические и камерные концерты, сам участвуя как дирижёр оркестра, солист-скрипач, скрипач струнного квартета.

Был заместителем председателя Союза музыкантов Нижнего Новгорода. 

Профессор (1918).

Жил в Нижнем Новгороде, похоронен на кладбище Вознесенского Печёрского монастыря. 

Награды: ордена Св. Станислава 2-й и 3-й степени.

Память: на доме № 5 по улице Провиантской в Нижегородском районе Нижнего Новгорода установлена памятная доска. Его имя присвоено Нижегородской музыкальной школе № 8.