Velilla začala svou kariéru v roce 1998 a rychle se prosadila na španělské sprinterské scéně. Svůj první národní titul získala v roce 2000 na 100 metrů a od té doby získala dalších 11 španělských titulů v různých jednotlivcích a štafetách.
Na mezinárodní scéně Velilla reprezentoval Španělsko v mnoha velkých soutěžích, včetně olympijských her, mistrovství světa a mistrovství Evropy. Největšího úspěchu dosáhla na halovém mistrovství Evropy v atletice v roce 2007, kde získala zlatou medaili v běhu na 60 metrů. Velilla také vyhrál stříbrnou medaili na 100 metrů na Středozemních hrách v roce 2009.
Kromě svých sportovních úspěchů se Velilla také zapojila do různých iniciativ souvisejících se sportem, včetně podpory fyzické aktivity a prosazování větší rovnosti žen a mužů ve sportu. Je motivační řečnicí a často se objevuje v médiích a vzdělávacích programech.