Хавьер Вильярреаль — воспитанник футбола провинции Кордова.
Он начал карьеру в составе «Тальереса» , одного из главных клубов Кордовы, в 1996 году. Спустя 3 года был продан в клуб «Бельграно» , который является главным историческим конкурентом «Тальереса» . Спустя же год Вильярреаль покинул Аргентину, по иронии судьбы его покупателем стал ФК «Кордова» , представляющий уже испанскую Кордову.
В 2001 году присоединился к «Боке Хуниорс» , в составе которой за 3 сезона выиграл 2 Кубка Либертадорес, Межконтинентальный кубок и стал чемпионом Аргентины. Затем с переменным успехом выступал за швейцарский «Грассхоппер» и аргентинские «Колон» и «Расинг» .
В тот период игроку часто мешали травмы.
В 2006 году у «Вильярреаля» начался некоторый ренессанс в игре — за сезон с «Либертадом» он выиграл чемпионат Парагвая, после чего вернулся в Аргентину и провёл успешный для себя сезон в «Банфилде» .
С 2008 года выступает в парагвайском «Серро Портеньо» .
В 2009 году помог «красно-синим» выиграть чемпионат страны (Апертуру) и дойти до полуфинала Южноамериканского кубка.