Llicenciat en dret per la Universitat de Deusto (1914) i doctor per la de Madrid (1915), el 1916 obrí un despatx d’advo-cat a València i alhora s’encarregava dels negocis familiars, particularment de la Companyia de Ferrocarrils i Tramvies. Actiu militant valencianista, al novembre del 1918 causà un gran escàndol quan en una reunió de “forces vives” a l’Ateneu Mercantil de València utilitzà el valencià per a expressar-se. El mateix any es creà el partit Unió Valencianista Regional, proper a les tesis de la Lliga Regionalista Catalana i emparat per Lo Rat-Penati la Joventut Valencianista, dos dels líders més destacats del qual foren Joaquim Reig i ell mateix. L’esmentat grup polític desaparegué en la pràctica en fundar-se la Derecha Regional Valenciana.Villalonga propugnà la formació d’un “Estat valencià” dins l’Estat espanyol. En la dècada del 1920 desenvolupà una intensa vida social a València, i fou nomenat successivament president de la Junta d’Obres del Port de València i de la Cambra de Comerç. El 1924 es casà amb Carmen Jáudenes, filla dels comtes de Zanoi.L’any 1927 formà part del grup d’industrials valencians que adquirí el Banc de València (fundat l’any 1900), i en 1954-64 n’exercí la presidència del consell d’administració.
D’altra banda, des de la Cambra de Comerç de València promogué la creació, el 1929, del Centre d’Estudis Econòmics Valencians, que també presidí. El 1932 fou un dels signants de les Normes Ortogràfiques de Castelló. Elegit diputat per la CEDA, per Castelló el 1934, l’any següent el govern central el nomenà governador general de Catalunya i, després, president de la Generalitat, càrrecs que amb prou feines exercí un mes. Des d’aleshores fins a l’inici de la Guerra Civil Espanyola ocupà la presidència de la Companyia de Petrolis i abandonà la política. La guerra el sorprengué a Navarra, des d’on marxà a les illes Canàries per reorganitzar l’empresa. En acabar la contesa dirigí la seva activitat cap a la banca: es feu càrrec de la reorganització del Banc de València, del Banc Central –entitat que convertí en capdavantera i en una de les principals del país– i de la Banca Catalana. Amb posterioritat, ocupat en el sector de l’electricitat, fundà Eléctricas Leonesas, Saltos del Sil i Saltos del Nansa. Més tard es dedicà a les empreses de construcció, i creà Dragados y Construcciones i Material y Construcciones. Formà part del Consejo Superior de Cámaras de Comercio, Industria y Navegación de España, que presidí. Ocupà diversos càrrecs directius en importants empreses com ara CEPSA, Unión Naval de Levante, Inmobiliaria Valenciana, Andaluza de Piritas i la Compañía Española de Carburos Metálicos, i fou membre del consell del Banco de España i del Consejo Superior Bancario. Publicà nombrosos articles en la premsa, particularment en el diari La Correspondencia de Valencia, sobre temes polítics i econòmics, i escriví Los jurados y el consejo. Régimen municipal foral valenciano (1916) i Sustantivitat del valencianisme (1919).
Participà en moltes associacions culturals valencianes i fou membre destacat, entre d’altres, de l’Ateneu Mercantil, de Lo Rat-Penati del Centre de Cultura Valenciana, entitat de la qual fou director numerari. Nomenat fill predilecte de la ciutat de València, rebé un calorós homenatge que congregà les personalitats més destacades del País Valencià i de l’Estat, i la Medalla d’Or de la seva ciutat natal imposada pel marquès del Túria, aleshores alcalde (1956). La seva tasca li feu merèixer nombrosos guardons, entre d’altres la Gran Creu d’Isabel la Catòlica i la Legió d’Honor de França.