Durante su estancia en la Junta Directiva del Banco de la República, Villaveces postuló la creación de una Junta Monetaria, que debía ser independiente del gobierno de turno para evitar que, a manera de revancha, el ejecutivo tomara decisiones económicas encaminadas en afectar a la oposición, y tendiendo en cuenta el inestable clima social y político colombiano, no convertir la economía en un arma política o electoral.

El 18 de octubre de 1951, fue nombrado ministro de Fomento por el presidente Laureano Gómez siendo el segundo ministro de dicha cartera, que fue creada por Gómez como reemplazo al ministerio de Industria y Comercio. Villaveces ocupó el cargo hasta el 5 de noviembre de ese año, cuando Gómez sufrió un infarto y solicitó una licencia médica para retirarse.

En marzo de 1952, el designado presidencial Roberto Urdaneta (pariente de su esposa), lo nombró encargado del Ministerio de Minas y Petróleos mientras se legalizaba oficialmente su reestructuración, ocupando el encargo hasta abril de 1952.

El 13 de junio de 1953, el designado fue retirado del cargo por un enfermo Laureano Gómez, quien a su vez sufrió un golpe de Estado por parte del sector ospinista del conservatismo, encabezado por el general Gustavo Rojas Pinilla, quien nombró a Villaveces ministro de Hacienda ese día.^[3]​ Villaveces alternó el ministerio de hacienda con el de fomento, al que regresó el 21 de octubre de 1955. Villaveces abandonó el gobierno militar el 19 de septiembre de 1956.

Carlos Villaveces era hijo del litógrafo León Fabián Villaveces Ibáñez y de su segunda esposa, Faustina Restrepo Álvarez, siendo sus hermanos Daniel, Emilio, Antonio y Ana Villaveces Restrepo. Ana fue adoptada por Roberto Silva Rueda y Sofía Fonnegra Uribe, dado que su madre murió accidentalmente el día de su nacimiento, por lo que cambió su nombre a Ana Silva Fonnegra.

En primeras nupcias, su padre estuvo casado con Martina Emilia Santamaría Ángel, con quien tuvo a Luis, León, Manuel y María Regina Villaveces Santamaría.^[4]​

Su padre era sobrino nieto de las hermanas Ibáñez (Bernardina y Nicolasa), quienes eran amantes, respectivamente, de los expresidentes Francisco de Paula Santander y Simón Bolívar. Su tía abuela Nicolasa era la madre del escritor José Eusebio Caro, cofundador del Partido Conservador con Mariano Ospina Rodríguez, y padre del expresidente Miguel Antonio Caro. Por consiguiente, Carlos era sobrino segundo del escritor Caro y primo tercero del expresidente Caro.

Su tía bisabuela Bernardina, por otra parte, era la abuela del politico conservador Carlos Michelsen Uribe, tío segundo de su padre León, quien a su vez era el abuelo del expresidente liberal Alfonso López Michelsen y del empresario Jaime Michelsen Uribe, propietario del conglomerado Grupo Grancolombiano.

Desde principios del siglo XX, se ha debatido si Carlos era descendiente de Antonio Nariño, ya ya que persiste la duda sobre si la abuela de León, María Mercedes Nariño Ortega, era realmente hija de Nariño, dado que este se encontraba preso e incomunicado en Cartagena de Indias en la época de su nacimiento. La discusión fue iniciada por la historiadora Carmen Ortega Ricaurte, quien, tras la restauración de un retrato que tradicionalmente se había identificado como Magdalena Ortega de Nariño junto a su hija María Mercedes — parte de la colección del Museo del 20 de Julio —, descubrió la efigie de Jorge Tadeo Lozano en un medallón sostenido por la niña, como si señalara un posible vínculo de parentesco con él.^[5]​

Respecto a sus hermanos y hermanastros, éstos fueron sus descendientesː Su hermano Emilia se casó con Mercedes Convers Esguerra, Antonio lo hizo con Leonor Escallón Espinosa, Ana con Ernesto Posada Olarte, Luis con Isabel Martínez Cárdenas (quien era bisnieta paterna del expresidente Joaquín Mosquera y Arboleda y sobrina bisnieta materna del prócer Antonio Arboleda y Arrachea), y Manuel con Inés Ortiz Borda (tataranieta paterna de Antonio Baraya y sobrina bisnieta del explorador Nicolás Tanco y del político Mariano Tanco).

Carlos Villaveces contrajo matrimonio con Josefina Urdaneta Valenzuela, con quien tuvo a sus hijos Alberto, Roberto y Maria del Carmen Villaveces Urdaneta. Su esposa era descendiente del general Francisco Urdaneta, quien era primo del expresidente Rafael Urdaneta Farías, y por lo tanto estaba emparentada con el expresidente Roberto Urdaneta.

Su hijo Roberto contrajo nupcias con Ana Franco García, descendiente del expresidente Jorge Holguín Mallarino y su esposa Cecilia Arboleda Mosquera, a su vez hija del expresidente Julio Arboleda Pombo. Su hijo Alberto falleció en un accidente en una estación de gasolina a los 28 años. Alberto Villaveces tuvo dos hijos con Nadia Merendoni Jaramillo: Luis Carlos Villaveces Merendoni y Jaime Villaveces Merendoni. Maria del Carmen Villaveces Urdaneta contrajo nupcias con el Conde Francés Geoffray de Bondy.

• Proyecto de reformas a la legislación sobre el Banco de la República (1949).
• Política anticíclica (1949).
• Bancos centrales de emisión (1950).
• Nuevas disposiciones legales y reglamentarias sobre cooperativas.
• Política fiscal y reforma tributaria (1953).
• Economía y fomento (1953).
• Una política económica para el pueblo colombiano (1955).
• El desarrollo económico de Colombia (1955).
• Crédito y Justicia Social (1956).
• Devaluación y moneda (1964).