Жак народився в провінції Квебек, в сім'ї, тісно пов'язаній з автоспортом, і пішов по стопах батька і дядька. На відміну від більшості гонщиків, він ніколи не виступав в картингу. Вільнев закінчив автогоночну школу Джима Рассела в Мон-Трамблані, і в 1986 році дебютував в чемпіонаті Формули-Форд. Кілька років виступав в чемпіонаті Формули-3 в Італії та Японії, і в «Атлантичній серії Тойота», де здобув ряд перемог.
У 1994 році дебютував в чемпіонаті «Індікар» і відразу завоював звання «Новачок Року», здобувши кілька перемог.
На наступний рік у складі Green Racing Жак став чемпіоном серії, здобувши серію переконливих перемог, у тому числі на знаменитій Інді-500. Перемога Жака в Індіанаполісі була здобута незважаючи на штраф в два кола: канадець зумів відіграти навіть таке відставання.
Вільнев став останнім чемпіоном об'єднаного «Індікара», перед його розколом на Champ Car та Indy Racing League.
На наступний рік Хілл був звільнений з Williams і замінений на Гайнца-Гаральда Френтцена, а Жак став «першим пілотом» команди. Сезон 1997 пройшов в щільній боротьбі з Міхаелем Шумахером і Ferrari, що закінчилася скандальним Гран-прі Європи 1997 року, де Міхаель спробував протаранити свого головного суперника. Це дозволило б німцеві залишитися лідером чемпіонату при обопільному сході з дистанції. Маневр вийшов невдалим: Вільнев все ж зумів дістатися до фінішу третім, поступившись тільки пілотам МакЛаренуДевіду Култхарду і Міці Хаккінену, а Шумахер був суворо покараний позбавленням всіх очок за 1997 рік і віце-чемпіонства, і виключенням з підсумкового протоколу.
Надалі «Вільямс» не зміг продовжити співпрацю з Renault і був змушений користуватися застарілою моделлю їхнього двигуна, що випускається компанією SupertecФлавіо Бріаторе. Команда відкотилася на третє місце, яке далося їй у важкій боротьбі з Джордан і Беннетон, Жак лише двічі фінішував на подіумі. Розчаровані цими результатами, Вільнев і Френтцен залишили команду Френка Вільямса після закінчення сезону 1998.
Разом зі своїм менеджером Крейгом Поллоком, конструктором Едріаном Рейнард і Ріком Гірським, Жак став співзасновником команди British-American Racing (BAR). Команда була створена на базі команди Тіррелл на гроші тютюнового концерну British American Tobacco, і Вільнев купив пакет її акцій. Перший сезон нової команди був провальним: команда не набрала жодного очка, а Жак доїхав до фінішу лише у чотирьох гонках з шістнадцяти.
У наступні сезони БАР змінив виробника двигунів з Supertec на Honda, і це дозволило значно поліпшити результати: Жаку двічі вдалося піднятися на подіум у 2001 році. Однак у міру зростання заборони на тютюнову рекламу частка BAT і вплив Крейга Поллока в команді скорочувалися, а вплив «Хонди» — зростав. У результаті зміни керівництва в команді Жак втратив позицію «першого пілота», яку зайняв молодий англієць Дженсон Баттон. Новий начальник БАР, Девід Річардс, був незадоволений результатами екс-чемпіона, який одержував зарплату в 19 млн доларів. БАР відмовився продовжувати контракт з Жаком, і той покинув команду в 2003 році, ще до закінчення колишнього контракту.
Останні роки
У 2004 році Жак провів всього три гонки за команду Рено, замінюючи Ярно Труллі. Наступного року Жак приєднався до команди Заубер, яка незабаром перетворилася на офіційну гоночну команду BMW. Проте в їх складі Жак не здобув перемог, і часто поступався своєму партнерові Ніку Хайдфельду. Після аварії на Гран-прі Німеччини, де Жак отримав невелику травму, керівництво BMW замінило його на поляка Роберта Кубіцу.
З 2007 року Жак не був заявлений за жодну з команд, хоча і не оголошував публічно про припинення своєї формульної кар'єри. Вів переговори про можливість виступу за команду US F1, хоча офіційно це ніхто не підтверджував, але команда на старт сезону не вийшла.
Кузовні серії
У 2007 Вільнев взяв участь в гонці «24 години Ле-Мана» за команду «Пежо», щоб, за висловом його менеджера Крейга Поллока, «встановити світовий рекорд за кількістю виграних гоночних серій». Екіпаж Вільнева йшов на другому місці, коли змушений був зійти з дистанції через технічні проблеми.
У 2008 році канадець знову бере участь в «24 години Ле-Мана», в екіпажі з Марком Жене і Ніколя Мінассяном. Екіпаж Вільнева претендував на перемогу, але погодні умови втрутилися в хід перегонів, вночі пішов дощ. «Пежо» втрачали дуже багато на колі в порівнянні з конкурентами, і вранці від переваги над Ауді не залишилося і сліду. Ближче до фінішу все ж таки вдалося скоротити відрив від Ауді, але цього виявилося недостатньо. Екіпаж Вільнева зайняв друге місце.
Паралельно Жак зробив кілька стартів у серії Nascar. Великої кількості очок Вільнев не набрав (хоча кілька разів лідирував у перегонах) і згодом через відсутність спонсорів припинив виступи в цій серії.
Вільнев відомий як «шибайголова», його ризиковий стиль пілотажу часто призводить до великих аварій, в яких він, тим не менш, не отримав серйозних травм.
Жак — завзятий геймер і шанувальник літератури в жанрі фентезі.
Під час перебування чемпіоном світу Вільнев не давав розробникам комп'ютерних ігорліцензії на своє ім'я. В іграх того часу ім'я Вільнева замінювали на John Newhouse.
До одруження на Жоанні у Жака був тривалий роман з австралійською співачкою і фотомоделлю Данні Міноуг, сестрою Кайлі Міноуг.
Вільнев — власник ресторану «Newtown» («Нове місто», англійський переклад його прізвища) у Монреалі. Також, Жак професійно займається музикою і в 2007 випустив дебютний альбом «Private Paradise».
Жак любить привертати увагу, кардинально змінюючи свій імідж. Він відрощував бороду, фарбував волосся в білий і в червоний кольори, робив ірокез і навіть голився наголо.