Colonnello dell’Aeronautica Militare, Ingegnere e Astronauta. In Aeronautica dal 1993 con il Corso Pegaso 4°, si laurea come primo ingegnere spaziale dell’Aeronautica Militare.
Inizia il suo percorso che lo porterà nello Spazio nel 2011 con il corso da Cosmonauta presso il Centro Addestramento Yuri Gagarin di Star City (Russia) dove consegue la qualifica a pieni voti la qualifica da cosmonauta. È il primo europeo dai tempi dell’Unione Sovietica a svolgere il corso come cosmonauta. Nel 2014-2015 svolge la fase avanzata di addestramento acquisendo le qualifiche di Flight Engineer della Soyuz-TMA, la qualifica avanzata perle attività extra-veicolari con i sistemi russi (EVA), operatore di bordo della ISS Russian Segment. Nel 2018-19 prosegue l’addestramento per il mantenimeto delle qualifiche e il passaggio macchina sulla nuova versione Soyuz-MS. Nel 2022 è a Houston per iniziare l’addestramento, presso Axiom Space, per la missione AX-3 conclusasi lo scorso 9 febbraio. La primissima volta nello spazio risale però al 29 giugno del 2023 quando, con la qualifica di Comandante, il Colonnello Villadei ha effettuato il primo volo suborbitale “italiano” con la compagnia Virgin Galactic presso il deserto del New Mexico (USA).