Velilla rozpoczęła karierę w 1998 roku i szybko zyskała rozgłos na hiszpańskiej scenie sprinterskiej. Swój pierwszy tytuł mistrza kraju zdobyła na 100 metrów w 2000 roku i od tego czasu zdobyła 11 dodatkowych tytułów mistrza Hiszpanii w różnych konkurencjach indywidualnych i sztafetach.
Na arenie międzynarodowej Velilla reprezentowała Hiszpanię na wielu ważnych zawodach, w tym na Igrzyskach Olimpijskich, Mistrzostwach Świata i Mistrzostwach Europy. Jej największym osiągnięciem były Halowe Mistrzostwa Europy w lekkoatletyce w 2007 roku, gdzie zdobyła złoty medal w biegu na 60 metrów. Velilla zdobyła także srebrny medal na 100 metrów na Igrzyskach Śródziemnomorskich w 2009 roku.
Oprócz osiągnięć sportowych Velilla angażuje się także w różne inicjatywy związane ze sportem, w tym promujące aktywność fizyczną i opowiadające się za większą równouprawnieniem płci w sporcie. Jest mówcą motywacyjnym i często pojawiała się w mediach i programach edukacyjnych.