Jean Villey est admis à l'École normale supérieure (Ulm) en . Il est agrégé de physique en 1908, préparateur de Paul Langevin au collège de France de 1909 à 1911 et finalement docteur en sciences physiques en (sa thèse de doctorat porte sur l'électrométrie).
Il épouse Suzanne Picard, fille du mathématicien Émile Picard et petite-fille du mathématicien Charles Hermite.
Jean Villey est chargé de conférences puis professeur de mécanique appliquée à la faculté des sciences de Paris. Il publie de nombreux ouvrages sur ses recherches et sur l'état de l'art, dont une grande partie sous le patronage de l'Académie des sciences.
À partir de 1928, il dirige avec Henri Villat la collection Mémorial des Sciences physiques chez Gauthier-Villars.
Il reçoit en 1935 le prix Henri de Parville, décerné par l'Académie des sciences, pour ses publications de Thermodynamique appliquée.
Recherches sur l'électrométrie, Thèses présentées à la Faculté des sciences de Paris pour obtenir le grade de docteur ès sciences physiques, Paris: Gauthier-Villars, 1912
Théories physiques
Physique élémentaire et théories modernes, 1repartie: Molécules et atomes. États d'équilibre et mouvements de la matière (mécanique, statique des fluides, chaleur, élasticité et acoustique), Paris, Gauthier-Villars, 1921
Les Divers aspects de la théorie de la relativité, Paris, Gauthier-Villars, 1923
Introduction à l'étude de la résistance des matériaux, Paris, Gauthier-Villars, 1932
Recherches en thermodynamique
Fascicules publiés dans la collection «Mémorial des sciences physiques», Gauthier-Villars, Paris, Service de documentation et d'information technique de l'aéronautique,
Sur la notion d'écoulement linéaire non isentropique des gaz parfaits, Paris, Maison de la chimie, Presses documentaires, 1945
La Carburation dans les moteurs à explosion, exposés prononcés devant la Commission de thermodynamique du moteur du Centre national de la recherche scientifique (avec Max Serruys, J. Jalbert et Fabian), Paris, J. et R. Sennac, 1946
La Granulométrie rationnelle du béton, le néobéton, Paris, impr. de Chaix, 1946. (Extrait du 'Génie civil', )
L'Avion autopropulsé, Paris, Blondel La Rougery, 1946
La Propulsion par réaction, Paris, Maison de la chimie, Presses documentaires, 1947
Notices
Notice sur les titres et travaux scientifiques de M. Jean Villey, Paris, Gauthier-Villars, 1937.
Supplément à la Notice sur les titres et travaux scientifiques de M. Jean Villey, 1937-1943, Paris, Gauthier-Villars, 1943
Table des logarithmes de logarithmes (avec Jean Dienesch), Paris, Gauthier-Villars, 1942
Éditeur scientifique
Encyclopédie Léauté (2esérie). Directeurs André Léauté et Jean Villey, Paris
Mémorial des sciences physiques, publié sous le patronage de l'Académie des sciences de Paris (Ch. Fabry, H. Villat, J. Villey directeurs), Paris, 1928-1948 (51 fascicules).
Revue générale des sciences pures et appliquées, Paris, 1942-1948.