La carrière de Francesco Villa débute en 1955 chez Ducati à Bologne. Il a alors 22 ans avec la chance de se retrouver mécanicien au service course dirigé par l'ingénieur Taglioni. Remarquant ses qualités de pilote, Taglioni le fait courir et il est champion d'Italie junior en catégorie 100 cm3 en 1955, puis en 125 cm3 en 56 en utilisant successivement une MV Agusta, une Ducati simple arbre et une Mondial double arbre. Il continue à additionner les succès en course principalement sur Ducati, qui l'envoie aux États-Unis, où la marque veut s'implanter. De retour en Italie, il finit en tête des 24 Heures de Montjuich en Espagne au guidon d'une Ducati 175 simple ACT. Passé chez Mondial qui revient à la compétition abandonnée en 57, il remporte le championnat d'Italie senior en 125 en 1961, 62 et 63 au guidon de la vieille double ACT Mondial. 

En 1964, il est un des seuls à percevoir le futur règne des deux temps et court au GP de Modène avec une Mondial 2 temps. L'année suivante, il remporte le championnat italien Senior avec une 125 Mondial de sa propre conception. Cette moto baptisée Beccacino sera utilisée par son frère Walter au GP de Vallelunga (alors qu'il est pilote officiel pour MV Augusta). Francesco se fâche avec Mondial, participe à quelques courses avec la Beccacino puis vend le projet à Montesa en Espagne, avec qui il collabore jusqu'en 1967.

La PR 125, une évolution de la Beccacino, est réalisée avec Walter Villa, le frère de Francesco, et sera, en 1968, la première moto siglée Villa. Dotée d'une admission à disque rotatif et d'un refroidissement liquide, elle développe 30 ch à 11500 tr/min.

Francesco Villa court au guidon de cette moto en 1968, remporte sa première victoire à Vallelunga et finit deuxième au championnat d'Italie.

Lors de sa présentation au milieu de la saison en 1968, la PR 125 avait encore le carénage précédemment utilisé par Montesa, mais elle est rapidement modifiée en particulier au niveau de l'échappement qui passe de l'avant à l'arrière du cylindre et adopte un refroidissement liquide.

Commercialisé au début de 1969, le monocylindre Villa 125 a été un succès immédiat avec les meilleurs coureurs de sa catégorie. Le frère de Francesco, Walter Villa, Giuseppe Mandolini et Otello Buscherini ont remporté plusieurs courses italiennes avec à son guidon, et Buscherini a finit 5e au GP d'Allemagne devant l'Allemand Scheimann également classé au Grand Prix d'Allemagne de l'Ouest de 1970 

Dopé par le succès de la PR 125, Francesco Villa lance une 250 monocylindre construite sur la même base, mais avec un refroidissement par air et une partie cycle quasi identique à celle de la 125 à la taille des pneus et des freins près. Créditée de 50 ch à 10500 tr/min, la 250 mono débute sa carrière aux mains de Walter Villa avant d'être vendue à d'autres pilotes. Comme la PR 125 elle subit sans cesse des améliorations : un allumage électronique, un embrayage multidisque à sec, etc., et s'avère concurrentielle face aux toutes puissantes Yamaha, en particulier sur les circuits courts grace à son poids plume de 91 kg. En 1970 elle passe aussi de 7 à 6 rapports pour satisfaire aux nouvelles règles de la FIM.