Velilla 1998-ban kezdte pályafutását, és gyorsan előtérbe került a spanyol sprint szcénában. 2000-ben nyerte meg első országos címét 100 méteren, és azóta további 11 spanyol címet szerzett különböző egyéni és váltóversenyeken.
A nemzetközi porondon Velilla számos jelentős versenyen képviselte Spanyolországot, beleértve az olimpiai játékokat, a világbajnokságot és az Európa-bajnokságot. Legnagyobb eredményét a 2007-es fedettpályás atlétikai Európa-bajnokságon érte el, ahol aranyérmet szerzett 60 méteres gyorsfutásban. Velilla 100 méteren is ezüstérmet szerzett a 2009-es mediterrán játékokon.
Sporteredményei mellett Velilla számos sporttal kapcsolatos kezdeményezésben is részt vett, többek között a testmozgás népszerűsítésében és a nemek közötti nagyobb egyenlőség mellett a sportban. Motivációs előadó, és gyakran szerepelt médiában és oktatási programokban.