Sonsoles Velázquez comenzó su carrera científica en el Departamento de Química Orgánica de la Universidad Complutense de Madrid donde realizó su Tesina de Licenciatura (1988). En 1989 se incorporó al Instituto de Química Médica del CSIC para realizar la Tesis Doctoral, obteniendo el Grado de Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid en 1993. A continuación, realizó una estancia post-doctoral de dos años en la Escuela de Farmacia de la Universidad de Cardiff (Reino Unido) gracias a una beca de la Unión Europea. Tras su reincorporación al Instituto de Química Médica como Investigador Contratado, tomó posesión como Científico Titular del CSIC en el año 2000 y como Investigador Científico en 2007.

Su actividad investigadora ha estado centrada en el diseño y síntesis de compuestos con actividad antiviral frente a virus herpes y VIH. Asimismo, ha desarrollado una nueva aproximación profármaco (basada en la enzima endógena DPPIV/CD26) que ha permitido mejorar la solubilidad y biodisponibilidad de una gran variedad de compuestos/fármacos. Recientemente, trabaja en la búsqueda de moduladores de interacciones proteína-proteína como nueva estrategia de inhibición en la búsqueda de agentes anti-SIDA y agentes anti-Leishmania. Desde un punto de vista químico, sus investigación comprende tanto el campo de la química de nucleósidos como Heterociclos y Péptidos.