Вильярроэль — воспитанник клуба «Блуминг». 26 мая 2013 года в матче против «Петролеро» он дебютировал в чемпионате Боливии[2]. В 2015 году Мойсес на правах аренды перешёл в чилийский «Универсидад де Чили». После окончания аренды он вернулся в «Блуминг». 2 февраля 2015 года в поединке против «Сан-Хосе Оруро» Вильярроэль забил свой первый гол за «Блуминг»[3].
В начале 2016 года Мойсес перешёл в «Боливар». 18 апреля в матче против «Спорт Бойз» он дебютировал за новый клуб[4].
Международная карьера
В начале 2013 года Вильярроэль в составе юношеской сборной Боливии принял участие в юношеском чемпионате Южной Америки в Аргентине. На турнире он сыграл в матчах против Перу[5], Бразилии[6] и Уругвая[7].
В начале 2015 года Вильярроэль во второй раз принял участие в юношеском чемпионате Южной Америки в Парагвае. На турнире он сыграл в матчах против Уругвая[8], Чили[9], Аргентины[10] и Эквадора[11].