Après ses études au Conservatoire de Grenoble, Philippe entre au Conservatoire National Supérieur Musique de Lyon dans la classe de Roland Daugareil où il obtient son premier prix à dix-sept ans. Il se perfectionne ensuite à la Guildhall School of Music de Londres dans la classe de Krzyztov Smietana, puis auprès de Rafael Oleg à la Hochschule für Musik de Bâle.
Durant ses études, il reçoit également les conseils de Tibor Varga, Igor Ozim, Matis Vaystner et Marie-Annick Nicolas.

Lauréat de plusieurs concours internationaux (Avignon, Nuremberg, Musique d’Ensembles, Andrea Postacchini à Fermo, Città di Brescia), il reçoit en 2001 le 1er prix de la Fondation Internationale Nadia et Lili Boulanger.

À l’âge de vingt-et-un ans, il obtient le poste de premier violon solo de l’Orchestre National de Lorraine, puis est nommé violon solo de l’Orchestre de Chambre de Genève.
Depuis 2015, il est violon solo de l’Orchestre de Chambre de Luxembourg et est régulièrement invité comme violon solo dans de nombreux orchestres comme l’Orchestre Philharmonique de Luxembourg, l’Opéra de Marseille, ou l’Orquesta Sinfonica de Tenerife ou la Chambre Philharmonique.

Second violon du Quatuor Aviv avec lequel il se produit en Europe, USA-Canada, Israël, et Amérique du Sud, Philippe joue aussi régulièrement en compagnie de la harpiste Manon Louis, du flutiste Loïc Schneider, ou de la violoniste Amanda Favier.
En compagnie de la soprano Polina Pasztircsak, il a enregistré en 2010 les Romances de Chostakovitch pour le label Ysaye Records.
Philippe est également membre de l’ensemble Les Dissonnances avec David Grimal, et du Kammer Ensemble de Paris.

Philippe Villafranca s’est produit en soliste avec plusieurs orchestres dont l’Orchestre National de Lyon, celui de l’Opéra d’Avignon, l’Orchestre des Pays de Savoie et l’Orchestre de Chambre de Genève.
Avec l’Orchestre de Chambre de Luxembourg sous la direction de David Reiland, il a enregistré le Konzertsatz de Beethoven, le concerto de Kurt Weill ainsi que le concerto d’Alexander Müllenbach composé en 2015 et dont il est le dédicataire.

Philippe Villafranca joue un violon de Giovanni Grancino, 1705.