סגן הרמטכ"ל לשעבר. אלוף במיל'. שר התרבות, המדע והספורט בממשלת ברק. שר המדע והטכנולוגיה בממשלת שרון. סגן שר הבטחון בממשלת אולמרט. וילנאי נשוי ואב לשלושה.
בפריימריז של מפלגת העבודה בדצמבר 2008, הגיע וילנאי למקום החמישי בין המתמודדים ברשימה הארצית. בהתאם לכך, מוקם במקום השישי ברשימת המפלגה לכנסת ה-18.