Velilla började sin karriär 1998 och blev snabbt framträdande i den spanska sprintscenen. Hon vann sin första nationella titel på 100 meter 2000 och har sedan dess tagit ytterligare 11 spanska titlar i olika individuella och stafetttävlingar.
På den internationella scenen har Velilla representerat Spanien i många stora tävlingar, inklusive de olympiska spelen, världsmästerskapen och EM. Hennes största prestation kom vid EM i friidrott inomhus 2007, där hon tog guldmedaljen på 60 meter. Velilla vann även en silvermedalj på 100 meter vid Medelhavsspelen 2009.
Utöver sina idrottsprestationer har Velilla även varit involverad i olika idrottsrelaterade initiativ, bland annat främjat fysisk aktivitet och förespråkat större jämställdhet inom idrotten. Hon är en motiverande talare och har ofta varit med i media och utbildningsprogram.