Villarreal también fue muy activo en el ámbito político. Fue miembro del Partido Civil y senador por Lambayeque en varias ocasiones (1894, 1911, 1912, 1914). También fue presidente de la Comisión de Instrucción, de la Comisión de Obras Públicas y la Comisión de Presupuesto. Luego se insertó en el Partido Liberal, fundado por Augusto Durand entre 1901 y 1904. Se desempeñó como regidor de la municipalidad de Lima.

En cuanto al mundo académico, fue decano de la Facultad de Ciencias de la UNMSM durante los años 1903, 1907, 1911 y 1915. Fue nombrado decano honorario y se encargó en varias ocasiones de la vicerrectoría y la rectoría de esta renombrada universidad. También fue editor de Gaceta Científica, órgano oficial de la Sociedad Amantes de la Ciencia.

Federico Villarreal murió debido a un derrame cerebral a la edad de 72 años en el balneario Barranco de la ciudad de Lima (Perú) el 3 de junio de 1923. Le fueron rendidos honores póstumos reservados a un ministro de Estado.

Federico Villarreal - Fuente: Melissa Durand

Su gran importancia como hombre ilustre de la ciencia en su país hizo que el Estado peruano le diera su nombre a una de sus universidades públicas más destacadas. También en el distrito limeño de Miraflores existe el Colegio Nacional Federico Villarreal. La UNMSM dio permiso para publicar sus obras en 1948.

Comparado con Newton, fue descrito como un hombre multifacético de orden estricto y casi dictatorial en sus labores académicas, aunque asimismo un apasionado por la ciencia y sugestionable en el quehacer diario de la investigación. Su legado sigue como semilla para los científicos en toda Latinoamérica.