Velilla je svojo kariero začela leta 1998 in hitro postala pomembna na španski šprinterski sceni. Svoj prvi naslov državne prvakinje je osvojila v teku na 100 metrov leta 2000 in od takrat osvojila še 11 dodatnih španskih naslovov v različnih posamičnih in štafetnih disciplinah.
Na mednarodnem prizorišču je Velilla zastopala Španijo na številnih velikih tekmovanjih, vključno z olimpijskimi igrami, svetovnimi prvenstvi in evropskimi prvenstvi. Njen največji dosežek je prišel na evropskem prvenstvu v atletiki v dvorani 2007, kjer je osvojila zlato medaljo v teku na 60 metrov. Velilla je na Sredozemskih igrah leta 2009 osvojil tudi srebrno medaljo v teku na 100 metrov.
Poleg svojih atletskih dosežkov je Velilla sodelovala tudi pri različnih pobudah, povezanih s športom, vključno s spodbujanjem telesne dejavnosti in zagovarjanjem večje enakosti spolov v športu. Je motivacijska govornica in je bila pogosto predstavljena v medijskih in izobraževalnih programih.