הוא החל להשתתף ב-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 זכתה לראשונה
אינדיאנפוליס 500 במקום הרביעי והגיע למקום השני, והיה "החדשנית של השנה" באינדיאנפוליס 500, כחדשנית עם הסיום הגבוה ביותר. 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".