Come attrice ha lavorato nel cinema, in teatro e in televisione. Il suo primo ruolo è del 1991 in Vivir mata. Nel 2000 ha vinto il Premio Cóndor de Plata come miglior attrice nel film El mismo amor, di Juan José Campanella, e nel 2010 per il suo ruolo ne Il segreto dei suoi occhi, per il quale ha ricevuto anche il Premio Goya come miglior attrice. Come cantante la Villamil cominciò nel 2006 affrontando temi di tango e folclore argentino.
Cinema
Vivir mata, regia di Bebe Kamin (1991)
Un muro de silencio, regia di Lita Stantic (1993)
El sueño de los héroes, regia di Sergio Renán (1996)
La vida según Muriel, regia di Eduardo Milewicz (1997)