Velilla ha iniziato la sua carriera nel 1998 ed è rapidamente diventata famosa nella scena sprint spagnola. Ha vinto il suo primo titolo nazionale nei 100 metri nel 2000 e da allora ha vinto altri 11 titoli spagnoli in varie gare individuali e a staffetta.
Sulla scena internazionale, Velilla ha rappresentato la Spagna in numerose competizioni importanti, tra cui i Giochi Olimpici, i Campionati del Mondo e i Campionati Europei. Il suo più grande successo è arrivato ai Campionati Europei Indoor di Atletica Leggera del 2007, dove ha conquistato la medaglia d'oro nei 60 metri. Velilla ha vinto anche una medaglia d'argento nei 100 metri ai Giochi del Mediterraneo 2009.
Oltre ai suoi risultati atletici, Velilla è stata anche coinvolta in varie iniziative legate allo sport, tra cui la promozione dell'attività fisica e la difesa di una maggiore uguaglianza di genere nello sport. È un'oratrice motivazionale ed è stata spesso presente nei media e nei programmi educativi.