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Après une série d'apparitions dans des séries mineures et autres téléfilms, elle décroche en 2005 son premier rôle régulier à la télévision : celui de la jeune et jolie Catalina Aruca dans la sitcom diffusée par NBC, My Name is Earl. Elle était également pressentie pour un rôle dans un autre programme, la série d'action Prison Break, sur la chaîne FOX. Mais une autre actrice interprétera finalement le personnage de Maricruz Delgado, la fiancée de Fernando Sucre. Velazquez est néanmoins visible dans les bonus du DVD de la saison 1.
Le succès de Earl lui permet une exposition médiatique : en 2006, elle fait ainsi la couverture du magazine masculin Stuff et a été classée par Maxim en trente-neuvième position de sa liste annuelle des 100 plus Hot de Maxim[2]. Et se voit confier le premier rôle féminin du film d'action Rogue : L'Ultime Affrontement, aux côtés de Jet Li et Jason Statham.
Cependant, les audiences de Earl fléchissent nettement, et la production est interrompue au bout de la quatrième saison, en 2009. Elle rebondit alors vers une poignée d'apparitions en guest dans d'autres séries, mais surtout celui d'un rôle récurrent, dans la sitcom The League, qu'elle interprète jusqu'à la fin de la série, en 2015.
Parallèlement, elle interprète un personnage récurrent dans la première saison de la série sentimentale Hart of Dixie, entre 2011 et 2012. Et tient un rôle secondaire essentiel de la grosse production Flight, porté par Denzel Washington. Le film est un succès critique et commercial.
C'est bien à la télévision qu'elle parvient néanmoins à rester au premier plan : elle participe à la satire Real Husbands of Hollywood entre 2013 et 2014 ; et joue un personnage récurrent dans la série policière à succès, Major Crimes.
Elle est mariée à l'impresario Marc Provissiero de 2005 à 2012.
