Velilla se situe à 553 m d’altitude dans le sud-est métropolitain de Madrid, au cœur du corridor du Henares, bordée par Mejorada del Campo, Loeches, Arganda et Rivas‑Vaciamadrid
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Une partie importante du territoire municipal appartient au Parc régional du Sureste, le long du Jarama, dessinant un paysage de lagunes (El Raso, El Soto, Picón de los Conejos…) très prisé des naturalistes
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Le climat est méditerranéen continental semi-aride : étés chauds, hivers frais, faibles précipitations (~360 mm/an). Le printemps et l’automne sont les périodes les plus agréables pour les événements à ciel ouvert.