הוא החל להשתתף בצוותי מרוץ מכוניות אליפות (CART) בעונת 1994 עבור פורסית' גרין רייסינג ברכב מספר 12 Reynard 94I-Ford XB לאחר שגרין קיבל חסות. וילנוב הופיע לראשונה בגראנד פרי האוסטרלי של ה-FAI Indycar בסיבוב סרפרס פרדיס סטריט, והחל במקום השמיני והסיים במקום ה-17 לאחר שהתנגש עם סטפן יוהנסון. בסיבוב הבא של העונה, ב-Valvoline 200 בפניקס אינטרנשיונל ראסוויי, הוא היה מעורב בתאונת דרכים של חמש מכוניות שגרמה לו להתנגש בצד עם הירו מאטסושיטה, ולאחר מכן נפגע על ידי דומיניק דובסון. וילנוב התאים לראשונה לאינדיאנפוליס 500
במקום הרביעי והיה רוצח השנה באינדיאנפוליס 500 בתור הרוצח הרוקי שהסיים הכי טוב. וילנוב סיים במקום התשיעי בשש מתוך תשעה הסיבובים הבאים, לפני שהביס את אל אונסר ג'וניור ואמרסון פיטיפאלדי במירוץ 200 במסלול כביש רוד אמריקה בניצחון הראשון שלו ב-CART. הוא סיים במקום השביעי והשלישי בשני הסיבובים האחרונים והגיע למקום השישי באליפות הנהגים עם 94 נקודות וזכה בתואר "החדשנית של השנה".