Nato a Roma il 29 aprile 1974, Villadei è pilota colonnello dell'Aeronautica Militare. Diplomato all'Accademia dell'Aeronautica Militare di Pozzuoli e ha conseguito  la laurea come primo ingegnere spaziale dell’Aeronautica Militare presso l'Università di Napoli "Federico II". Ha partecipato al volo suborbitale "Galactic 01" di Virgin Galactic, il primo il primo volo spaziale commerciale dell'azienda.  A seguito di un accordo tra Axiom Space e il Ministero italiano per l'Innovazione Tecnologica e la Transizione Digitale,  Villadei è stato designato come membro dell'equipaggio di riserva per la Axiom Mission 2. Successivamente, è stato assegnato come pilota per la Axiom Mission 3, lanciata il 18 gennaio 2024.