A carreira política de Vilela começou em 2008, quando foi eleito vereador de Goiânia, aos 24 anos. Dois anos depois, chegou à Assembleia Legislativa e, em 2014, foi eleito deputado federal. Em 2016, assumiu a presidência regional do MDB e, dois anos depois, disputou o governo de Goiás contra Caiado, então adversário político. Foi derrotado no primeiro turno.
