Velilla begann ihre Karriere 1998 und machte sich in der spanischen Sprintszene schnell einen Namen. Sie gewann ihren ersten nationalen Titel im 100-Meter-Lauf im Jahr 2000 und hat seitdem 11 weitere spanische Titel in verschiedenen Einzel- und Staffelwettbewerben gewonnen.
Auf der internationalen Bühne hat Velilla Spanien bei zahlreichen großen Wettbewerben vertreten, darunter den Olympischen Spielen, den Weltmeisterschaften und den Europameisterschaften. Ihren größten Erfolg erzielte sie bei den Leichtathletik-Hallen-Europameisterschaften 2007, wo sie die Goldmedaille im 60-Meter-Lauf gewann. Velilla gewann bei den Mittelmeerspielen 2009 auch eine Silbermedaille über 100 Meter.
Zusätzlich zu ihren sportlichen Erfolgen engagierte sich Velilla auch in verschiedenen sportbezogenen Initiativen, darunter der Förderung körperlicher Aktivität und dem Eintreten für mehr Geschlechtergleichheit im Sport. Sie ist eine Motivationsrednerin und wurde häufig in Medien- und Bildungsprogrammen vorgestellt.