Kariera piłkarska Vilanova rozpoczął swoją karierę w szkółce piłkarskiej Barcelony, jednak opuścił klub w 1990 roku bez ani jednego występu w pierwszym zespole na koncie. Trafił do Figueres, któremu to klubowi w sezonie 1991/92 pomógł zająć 3. miejsce w Segunda División, najlepsze w historii. Dzięki temu Figueres dostało się do baraży o awans, gdzie jednak przegrało w dwumeczu 1:3 z Cádiz CF. Następnie przeniósł się do występującej wówczas w ekstraklasie Celty, ale w trakcie kolejnych trzech lat rzadko pojawiał się na boisku. W 1995 roku powrócił na drugoligowe boiska, gdzie reprezentował barwy CD Badajoz, Mallorki (z którą wywalczył awans), Lleidy oraz Elche CF. W grudniu 2001 roku zakończył karierę w barwach Gramenet.
W 1998 roku w rozgrywkach o Puchar Katalonii Lleida z Vilanovą w składzie spotkała się z Barceloną, prowadzoną wówczas przez José Mourinho, który w czasie turnieju przejął obowiązki pierwszego szkoleniowca, Louisa van Gaala. Podczas spotkania Vilanova zdobył bramkę, stając się tym samym pierwszym zawodnikiem, który strzelił gola przeciwko zespołowi prowadzonemu przez Mourinho.