Velilla comenzó su carrera en 1998 y rápidamente saltó a la fama en la escena del sprint español. Ganó su primer título nacional en los 100 metros en 2000 y desde entonces ha conseguido 11 títulos españoles adicionales en diversas pruebas individuales y de relevos.
En el ámbito internacional, Velilla ha representado a España en numerosas competiciones importantes, incluidos los Juegos Olímpicos, los Campeonatos del Mundo y los Campeonatos de Europa. Su mayor logro se produjo en el Campeonato de Europa de Atletismo en pista cubierta de 2007, donde capturó la medalla de oro en los 60 metros lisos. Velilla también ganó una medalla de plata en los 100 metros en los Juegos Mediterráneos de 2009.
Además de sus logros atléticos, Velilla también ha estado involucrada en varias iniciativas relacionadas con el deporte, incluida la promoción de la actividad física y la defensa de una mayor igualdad de género en los deportes. Es una oradora motivacional y ha aparecido con frecuencia en programas educativos y de medios.