Po ukończeniu szkoły średniej uczęszczał do Iowa Central Community College, walcząc przez jeden sezon (2001–2002) i wygrywając krajowe mistrzostwa National Junior College Athletic Association w wadze ciężkiej. Następnie przeniósł się na Uniwersytet Stanu Arizona. Walczył dla Sun Devils przez trzy sezony i osiągnął rekord 86-17, zajmując 5. miejsce w kraju w 2005 r. i 4. w 2006 r. Podczas pobytu w ASU Velasquez walczył u boku przyszłych zawodników UFC Ryana Badera i C. B. Dollaway. Ukończył ASU w 2006 roku, uzyskując tytuł licencjata na studiach interdyscyplinarnych.
Kariera MMA Wczesna kariera i początki w UFC W październiku 2006 roku zanotował profesjonalny debiut w MMA, walcząc dla Strikeforce. W 2008 roku podpisał kontrakt z UFC. Po wygraniu w tej organizacji 5 walk z rzędu (4 przez KO/TKO) został wyznaczony do zmierzenia się z Antônio Rodrigo Nogueirą, jednym z czołowych zawodników wagi ciężkiej na świecie. Pokonał go 20 lutego 2010 roku w Sydney (UFC 110) przez nokaut w pierwszej rundzie. Dzięki temu otrzymał szansę walki o mistrzostwo UFC w wadze ciężkiej przeciw dotychczasowemu mistrzowi, Brockowi Lesnarowi.