Penultimul a cinci frați, a început să lucreze la motociclete de la o vârstă fragedă în atelierul Albinelli, apoi dealer MV Agusta pentru Modena .
Walter a debutat în competiție la Modera Aerautodrome în 1962 cu Moto Morini 175 „Settebello”, terminând pe locul cinci. În 1963 a obținut primele succese cu Ducati , unde a condus campionatul național de juniori într-un mod excelent.
Doi ani mai târziu, MV l-a încredințat lui Cesenatico noul său cilindru monocilindru de 125 cm³, cu două timpi orizontali, cu admisie pe disc rotativ, cutie de viteze cu șapte trepte, dar încă lipsit de reglare, atât de mult încât, pentru a participa la cursă acceptă să se alinieze la început cu o cameră dublă de 125cc și a terminat pe poziția a cincea înaintea lui Jim Redman ( Honda ).
A debutat în campionatul mondial în 1967 cu Montesa în clasa 125, fără a obține totuși rezultate excelente. În același an a obținut trei victorii în cursele campionatului italian, două în clasa 125 cu Vila și una în 250 în Sanremo cu Benelli cu 4 cilindri. În următoarele sezoane a obținut câteva victorii și locuri bune.
În 1973 a absolvit campionul italian Senior la clasa 250cc cu Yamaha , deoarece sezonul campionatului a fost compromis de implicarea în teribilul accident de la Monza , unde au găsit moartea Renzo Pasolini și Jarno Saarinen . Din cauza unei vătămări grave la cap, șoferul modenez a fost transportat la spital într-o stare comată și nu și-a mai putut aminti evenimentele din acea zi.
În 1974, Walter Villa s-a reconfirmat ca campion italian cu Aermacchi-Harley Davidson 250 și a câștigat și titlul mondial, câștigând primul loc în patru Grand Prix: Imola (GP of Nations), Imatra, Assen, Brno și al 2-lea în Suedia. Paisprezece ani mai târziu, comparativ cu ultima victorie italiană; ultimul care a câștigat-o a fost Carlo Ubbiali (MV Agusta) în 1960 .
Anul următor lucrurile nu se schimbă atât de mult. Încă două titluri, cel italian și cel mondial, din nou cu Aermacchi-Harley Davidson cu cinci locuri pe primul loc: Spania, Germania, GP of Nations în Imola, Olanda, Suedia și locul 3 în Belgia.
Rămânând fidel casei lui Varese, Walter Villa a câștigat în 1976 titlul italian și mondial la clasele 250 și 350 . Începe sezonul cu o dublă în Australia la circuitul Laverton (nevalabil pentru campionatul mondial), apoi la Misano în 350 și Modena în 250.
În Marele Premiu valabil pentru titlul mondial, o dublă victorie la Le Mans în GP-ul Franței, Finlandei, Cehoslovaciei și Germaniei. La clasa 250 a câștigat GP-ul Națiunilor la Mugello, în Olanda și în Belgia.
În 1977 , lucrurile au mers diferit. Walter Villa, în timp ce rămâne legat de Aermacchi-Harley Davidson și se impune în trei Grand Prix: Venezuela, Belgia și Finlanda în clasa 250 și cu locul 2 în Cehoslovacia, este obligat să abdice în favoarea altor campioni, în spatele lui Mario Lega .
După un an substanțial anonim, din cauza motocicletelor necompetitive, în sezonul 1979 a concurat cu Yamaha care i-a fost încredințată de Andrea Ippolito , importatorul venezuelean al Casei celor trei furci de reglare [2] . Villa (care l-a avut pe Carlos Lavado ca coechipier) a câștigat GP-ul venezuelean în acel sezon, terminând în clasamentul final al campionatului mondial în poziția a șaptea atât la clasa 250, cât și la 350; în total în anul a câștigat patru podiumuri.
1980 a fost ultimul an în care a obținut puncte în campionatele mondiale de clasă 250 și 350, obținând și un podium. De asemenea, a concurat cu doi medici în 1981, dar nu a reușit să înscrie puncte.
În total, a participat la 87 de curse în campionatul mondial, câștigând 24 (20 la clasa 250 și 4 la 350), trei locuri secundare la 250 și tot atâtea la 350. Un al treilea loc la clasa 125, două locuri trei în 250, trei în 350.
În lunga sa carieră a concurat cu diferiți producători de motociclete: Mondial, Moto Villa, Beccaccino, Montesa, Ducati, Moto Morini, MV Agusta, Benelli, Yamaha, Aermacchi-Harley Davidson, Honda, Kawasaki și Triumph, luptându-se cu cei mai renumiți campioni al timpului ca Giacomo Agostini , Jarno Saarinen , Renzo Pasolini .
În noaptea de 20 iunie 2002 , Walter Villa a murit în somn în urma unui stop cardiac la vârsta de 58 de ani.