Le 28 juin 2005, il est sélectionné au de la Draft 2005 de la NBA en provenance de l'université de Connecticut par les Raptors de Toronto. L'équipe canadienne a été critiquée par leur choix de prendre Villanueva mais ce dernier a réussi une première saison solide avec des moyennes de 13 points et 6,4 rebonds par match en disputant 81 des 82 rencontres de la saison. Il termine second parmi les rookies en nombre de points et rebonds, troisième au niveau des minutes et des contres. Il réalise également douze double-double et les records, pour un rookie des Raptors, de points avec 48 et de rebonds avec 18 sur un match. Il participe également au Rookie Challenge et est nommé dans le meilleur cinq majeur des rookies de la saison.