Hijo de Fidel Villanueva y Antonina Ergui, nació en Pamplona (Navarra) el 8 de mayo de 1819, siendo bautizado al día siguiente en la iglesia parroquial de San Saturnino.  Estudió  entre 1838, 1839 y 1840 bajo la dirección de Juan Bautista de Montes, profesor de Matemáticas y presbítero residente en Pamplona, los siguientes ramos: Aritmética, Álgebra, Geometría elemental y práctica, Aplicación del álgebra a la geometría, Trigonometría rectilínea con el uso y manejo de sus tablas, así como Secciones Cónicas. Pasó también a cursar las clases de Dibujo bajo la dirección de Miguel Sanz y Benito, profesor de dibujo y pintura en la academia pública de esa capital. A su vez, y bajo la dirección del arquitecto y académico de mérito José de Nagusia, asistió de continuo a las obras a su cargo, entre ellas las del teatro nuevo o la nueva plaza de toros de Pamplona, desempeñando en ellas el cargo de ayudante de aparejador, puesto que le proporcionó grandes conocimientos de cantería, carpintería y albañilería.

El 24 de agosto de 1845 solicitó su admisión a los ejercicios para la clase de maestro de obras presentando como prueba de pensado el proyecto de una Casa de campo para un rico propietario (del A- 1935 al A- 1938) con su informe facultativo y el avance del coste de la obra, la certificación de práctica librada por José de Nagusia, las que acreditaban el resto de sus estudios, la fe de bautismo y la justificación de su conducta moral y política.

La Junta de la Comisión de Arquitectura celebrada el 16 de septiembre de 1845 examinó la obra y los documentos aportados, acordando el pase del pretendiente al resto de los ejercicios de reglamento por seis votos contra uno. Fue admitido en la Junta Ordinaria del 28 del mismo mes, fecha en la que le sortearon los programas de repente. Le tocaron en suerte los números 32, 2 y 11, los cuales respondieron respectivamente: «Diseñar una Hermita extramuros de una Poblacion con habitacion para el Sacristan que cuide de ella. Planta, fachada y corte», «Casa para Almacen de maderas arregladas por crujias á los largos de cada clase de aquellas, con habitacion para el Administrador y cuarto para un Mozo. Planta, fachada y corte» y «Proyectar una Sacristia con una pieza para la conservacion de Alajas y otra para el agua manil. Planta y seccion». De los tres asuntos escogió el nº 32, es decir, Una ermita a extramuros de una población, con habitación para el sacristán que cuide de ella (A- 4064), elección que comunicó a la Academia el 22 de octubre de 1845.

            La Junta de Examen tuvo lugar el 27 de enero de 1846 asistiendo a ella los profesores Juan Miguel de Inclán, Antonio Conde y González, Atilano Sanz, Aníbal Álvarez, Eugenio de la Cámara y Marcial Antonio López. Cotejada la obra de pensado con la de repente que el pretendiente explicó una vez entrado en la sala, se procedió a la realización del examen teórico. Villanueva comenzó este nuevo ejercicio contestando a las preguntas que le hicieron los profesores sobre  el prisma y su formación;  el paralelepípedo, la pirámide y el modo de medirla; el cono, el modo en que se forma y mide; la esfera y los datos necesarios para medirla; la resolución de los triángulos por medio de las líneas trigonométricas; la tangente trigonométrica; los medios de medir las distancias inaccesibles ejecutando varias operaciones; las armaduras, los medios de construirlas y concretamente los pormenores de esta clase de construcciones; los métodos para coger las aguas, colocar los canalones y los plomos; el modo de construir las fuentes; las diferentes especies de arcos y el modo de construirlos haciendo las aplicaciones de ellos en las diferentes obras.

            Satisfechos los examinadores con las obras ejecutadas y las respuestas dadas a las preguntas formuladas le hallaron con mérito para ostentar el título de maestro de obras por 4 votos contra uno, graduación que le fue concedida en la Junta Ordinaria del 22 de marzo de 1846, a los 26 años de edad.

En 1852 llevó a cabo junto con el arquitecto Redecilla las reformas de la plaza de la Constitución de Pamplona. A raíz de estas obras surgieron algunos problemas como la posible expropiación forzosa por utilidad pública de la casa situada en los soportales de dicha plaza, cuyo informe sería realizado el 31 de enero de 1853 por Antonio de Zabaleta y Matías Laviña, previo nombramiento de la Sección de Arquitectura. El informe de estos dos arquitectos sería aprobado por la Sección de Arquitectura el 1 de febrero de 1853.

Comisión de Arquitectura. Informes, 1839-1850. Sig. 1-30-5; Comisión de Arquitectura. Informes, 1846-1855 Sig. 1-30-2bis; Comisión de Arquitectura. Maestros de obras, 1789-1845. Sig. 2-23-5; Comisión de Arquitectura. Maestros de obras, 1846. Sig. 2-19-2; Libro de registro de maestros de obras aprobados por la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando, 1818 -1886, nº 204. Sig. 3-156.