Faits : A. A.a. B1._ et B2._ sont mariés depuis 1989 sous le régime matrimonial de la séparation de biens. L'avocat A._ a entretenu des relations amicales avec le couple et des relations professionnelles avec l'époux, architecte actif dans le domaine de la promotion immobilière; ce dernier a connu d'importantes difficultés financières en raison de l'effondrement du marché immobilier à la fin des années 1980. En février 1992, B1._ a pris à bail une villa sise à... (GE) pour y vivre avec son époux et leurs deux enfants. A.b. En été 1994, le propriétaire de la villa a informé la prénommée qu'il souhaitait vendre son bien immobilier. Le 19 juillet 1996, l'avocat a acquis cette villa au prix de 1'450'000 fr. Il est admis que l'avocat n'a pas acheté ce bien immobilier pour son propre compte, mais à titre fiduciaire. L'identité du fiduciant est en revanche litigieuse: l'avocat affirme avoir été chargé de détenir ce bien immobilier par B2._, voire par les époux B._ en commun. B1._ soutient que l'avocat a agi pour son seul compte à elle. Cette acquisition a été financée par des fonds propres à hauteur de 500'000 fr. et pour le solde par un emprunt hypothécaire octroyé à l'avocat, garanti par le nantissement d'une police d'assurance-vie de B2._. B1._ a remis à l'avocat un montant de 500'000 fr. sur la base d'un contrat de prêt sans intérêt qu'elle a conclu avec l'avocat le 16 juillet 1996. L'avocat et B1._ ont en outre signé un contrat de bail le 25 juillet 1996, aux termes duquel la villa était mise à la disposition de cette dernière moyennant le versement d'un loyer de 60'000 fr. par année. Les époux B._ et leurs enfants ont continué à habiter la villa. L'avocat a perçu les sommes suivantes: 60'000 fr. par année en 1996 et 1997, puis 50'000 fr. en 1998, 45'465 fr. en 1999, 38'030 fr. en 2000 et 2001, 42'110 fr. en 2002, 39'601 fr. en 2003 et 33'012 fr. de 2004 à 2006. A.c. En juin 2006, l'avocat a été inculpé d'abus de confiance notamment et incarcéré pour des faits sans lien avec la présente cause. A la fin de l'année, B1._ lui a demandé de lui transférer la propriété de la villa. L'intéressé s'y est refusé, expliquant qu'il n'avait jamais été question qu'elle acquière seule ce bien immobilier. Le 28 juin 2007, les époux B._ ont déposé une plainte pénale contre l'avocat pour gestion déloyale, escroquerie, tentative d'extorsion et chantage ainsi que contrainte, dans le cadre de diverses affaires y compris en rapport avec la détention de la villa. Ils lui reprochaient notamment de ne pas leur avoir restitué la villa en contravention de ses obligations de fiduciaire. Leur plainte a été classée en raison du défaut de prévention pénale pour une partie des faits et du caractère civil des autres faits, dont ceux relatifs à l'acquisition de la villa. Par courrier du 6 décembre 2007, B1._ a signifié à l'avocat qu'elle résiliait le contrat de fiducie. Le 1er décembre 2011, le Tribunal correctionnel a reconnu l'avocat coupable d'abus de confiance pour des faits sans lien avec la présente procédure. Il a ordonné la restitution au condamné de la cédule hypothécaire grevant la parcelle litigieuse, tout en maintenant la saisie pénale durant le délai imparti à B1._ pour solliciter la saisie conservatoire sur le plan civil. B. B.a. Entretemps, soit le 15 octobre 2010, B1._ (ci-après: la demanderesse) a intenté une action civile contre l'avocat devant le Tribunal de première instance du canton de Genève. En substance, elle concluait à ce que l'avocat soit condamné à lui restituer la propriété du bien immobilier et à requérir son inscription au registre foncier en qualité de propriétaire, en lieu et place de l'avocat dont l'inscription devait être radiée. Elle entendait en outre faire constater qu'elle était propriétaire de la cédule hypothécaire se trouvant en mains du Ministère public et faire interdire aux autorités pénales de se dessaisir de ladite cédule. La demanderesse ayant requis des mesures provisionnelles, le Tribunal a ordonné le 23 décembre 2010 l'annotation provisoire d'une restriction du droit d'aliéner la parcelle de... (GE). La saisie conservatoire de la cédule hypothécaire de 1'052'000 fr. grevant ce bien-fonds en troisième rang a été ordonnée le 18 avril 2012. B.b. Dans sa réponse du 7 septembre 2011, l'avocat (ci-après: le défendeur) a demandé au Tribunal de constater le défaut de qualité pour agir de B1._, de déclarer son action irrecevable à la forme et infondée sur le fond. Il a allégué que la différence de 10'600 fr. entre le loyer convenu (60'000 fr. par an) et les intérêts hypothécaires réglés à hauteur de 49'400 fr. devait couvrir ses honoraires de fiducie et les frais encourus, tels l'impôt sur la fortune et l'impôt immobilier complémentaire. B.c. Après avoir entendu les parties, le Tribunal a ordonné l'apport de la procédure pénale et remis la cause à plaider sur incident concernant le défaut de qualité pour agir (ou de légitimation active) de la demanderesse. A l'issue de l'audience de plaidoiries du 6 novembre 2012, il a gardé la cause à juger. Par jugement du 12 décembre 2012, le Tribunal a débouté la demanderesse des fins de son action, faute de qualité pour agir; il a ordonné la radiation de l'annotation provisoire au registre foncier et a levé la saisie conservatoire de la cédule hypothécaire. B.d. La Cour de justice du canton de Genève a annulé ce jugement par arrêt du 27 septembre 2013. Considérant que la demanderesse avait qualité pour agir, la Cour a rejeté l'incident soulevé par le défendeur et a renvoyé la cause au Tribunal pour instruction et nouvelle décision. La Cour a en substance constaté que les trois intervenants au contrat de fiducie - soit A._, B2._ et B1._ - avaient eu pour volonté commune que cette dernière acquière seule la propriété de l'immeuble et qu'à terme, la maîtrise totale et exclusive de ce bien lui revienne à elle seule plutôt qu'à son époux ou au couple en copropriété (cf. au surplus infra consid. 3.3 et 3.7). L'autorité de céans a jugé irrecevable le recours interjeté par le défendeur à l'encontre de cette décision préjudicielle (arrêt 4A_536/2013 du 12 novembre 2013). B.e. Le Tribunal de première instance a ordonné l'ouverture des enquêtes par décision du 5 décembre 2013. Dans un courrier adressé au Tribunal le 28 janvier 2014, le défendeur a indiqué que si la demande devait être considérée comme une action en exécution ou en restitution et si la légitimation active était définitivement reconnue à la demanderesse, il soulevait l'exception d'inexécution au sens de l'art. 82 CO. Dans son écriture du 13 février 2015 où il maintenait ses conclusions en rejet de la demande, il s'est derechef prévalu de l'exception tirée de l'art. 82 CO, en exposant à ce titre les faits suivants: les parties avaient conclu un mandat de fiducie onéreux; dans un premier temps, ses honoraires consistaient dans la différence entre le montant perçu pour l'utilisation de la villa (60'000 fr. par an) et les intérêts hypothécaires y relatifs (environ 49'400 fr. par an); les parties s'étaient ensuite entendues, en raison des difficultés financières de B2._, sur le fait que seuls les montants nécessaires au règlement des intérêts hypothécaires seraient versés au défendeur, le versement de ses honoraires étant reporté jusqu'au dénouement du contrat de fiducie. B.f. Par jugement du 27 mai 2015, le Tribunal de première instance a condamné le défendeur, en sa qualité de fiduciaire, à exécuter son obligation de restituer à la demanderesse la propriété de la parcelle sise à... et à requérir l'inscription au registre foncier de la demanderesse en qualité de propriétaire de ce bien immobilier. En tant que de besoin, le Tribunal a ordonné au conservateur du registre foncier de radier l'inscription quant à la qualité de propriétaire du défendeur et a condamné celui-ci à restituer à la demanderesse la propriété de la cédule hypothécaire au porteur grevant la parcelle. Les ordonnances provisionnelles concernant la restriction du droit d'aliéner et la saisie de la cédule ont été révoquées. Le Tribunal a refusé de rediscuter la question de la qualité pour agir de la demanderesse au motif qu'elle avait déjà été tranchée par la Cour de justice dans son arrêt du 27 septembre 2013. Il a en outre rejeté l'exception d'inexécution tirée de l'art. 82 CO. B.g. Statuant par arrêt du 24 juin 2016 sur l'appel interjeté par le défendeur, la Chambre civile de la Cour de justice du canton de Genève a confirmé le jugement du 27 mai 2015. C. Par acte du 5 septembre 2016, le défendeur a saisi le Tribunal fédéral d'un recours en matière civile contre l'arrêt du 24 juin 2016 et, à travers celui-ci, contre l'arrêt du 27 septembre 2013. Il a conclu préalablement à l'octroi de l'effet suspensif et, sur le fond, au rejet de l'action et à la levée des mesures provisionnelles, en ce sens que l'annotation provisoire de la restriction du droit d'aliéner la parcelle devrait être radiée du registre foncier et la saisie conservatoire de la cédule hypothécaire levée. Le 13 septembre 2016, la Cour de justice a déclaré se référer aux considérants de son arrêt. Le 17 octobre 2016, la demanderesse a déposé une requête visant à ce que le défendeur soit astreint à fournir des sûretés en garantie de ses dépens, conformément à l'art. 62 al. 2 LTF. Elle a ensuite déposé une réponse le 19 octobre 2016, dans laquelle elle concluait principalement à l'irrecevabilité du recours, subsidiairement à son rejet. Elle s'en remettait à justice quant à l'octroi de l'effet suspensif. Par ordonnance du 25 octobre 2016, la Présidente de la cour de céans a rayé du rôle la requête de sûretés au motif qu'elle était privée d'objet ensuite du dépôt de la réponse. L'effet suspensif a été accordé.