In Neapel aufgewachsen mußte Villari 1848 seine Heimatstadt wegen seiner Beteiligung am neapolitanischen Aufstand verlassen. 1849 schon war aus seiner Feder eine Einführung zur italienischen Geschichte vom Beginn der Republiken des Mittelalters bis zur Reform Savonarolas erschienen. Die folgenden Jahre widmete er in florentinischen Archiven den Vorarbeiten für sein zweibändiges Werk "Storia di Girolamo Savonarola e dei sui tempi", das in den Jahren 1859-61 erschien. Von 1859-1865 lehrte er Geschichte an der Universität Pisa, von 1865-1913 am Istituto Superiore in Florenz.

In den Jahren 1870-76 war er politisch tätig als Parlamentsabgeordneter und noch einmal in den Jahren 1880-1882. In der Hauptsache aber beschäftigte er sich mit der Edition seines vor allem berühmt gewordenen dreibändigen Werkes "Niccolò Macchiavelli e i suoi tempi", das er 1882 zum Abschluß brachte. Noch einmal als Politiker aktiv (als Senator 1884 und 1891 als Kultusminister im 1. Kabinett Rudini) widmete er sich danach wieder ganz seiner literarischen Tätigkeit. So veröffentlichte er 1893/94 2 Bände mit dem Titel "I primi due secoli della storia di Firenze", 1901 das Buch "Le invasione barbariche in Italia" und 1910 das Werk "L'Italia da Carlo Magno al Arrigo". Daneben erschienen noch zahlreiche Aufsätze, in denen Villari sich besonders auch mit sozialen Problemen beschäftigte.