Velilla je započela svoju karijeru 1998. i brzo je postala istaknuta na španjolskoj sprinterskoj sceni. Osvojila je svoj prvi nacionalni naslov na 100 metara 2000. godine i od tada je osvojila 11 dodatnih španjolskih naslova u raznim pojedinačnim i štafetnim disciplinama.
Na međunarodnoj sceni, Velilla je predstavljao Španjolsku na brojnim velikim natjecanjima, uključujući Olimpijske igre, Svjetsko prvenstvo i Europsko prvenstvo. Svoj najveći uspjeh ostvarila je na Europskom atletskom prvenstvu u dvorani 2007., gdje je osvojila zlatnu medalju u utrci na 60 metara. Velilla je također osvojio srebrnu medalju na 100 metara na Mediteranskim igrama 2009. godine.
Osim svojih sportskih postignuća, Velilla je također bila uključena u razne inicijative vezane uz sport, uključujući promicanje tjelesne aktivnosti i zagovaranje veće ravnopravnosti spolova u sportu. Ona je motivacijski govornik i često je bila zastupljena u medijskim i obrazovnim programima.