En 1986 se doctoró en historia del arte por la Universidad de Barcelona. De 1986 a 1994, fue directora del Museo de las Artes Gráficas. Desde 1995 y hasta 2012, Pilar Vélez ha sido directora del Museo Frederic Marès, una etapa durante la cual el Museo se ha reafirmado como un centro de referencia de la escultura y el coleccionismo. En 2011 finalizó el proyecto de renovación y modernización iniciado en 1996, que ha dotado al museo de una imagen y unas condiciones expositivas acordes tanto con las exigencias museográficas actuales como con las necesidades del patrimonio.

Asimismo, Pilar Vélez ha sido la impulsora de una línea de investigación y publicaciones de sus fondos, así como de nuevas lecturas de sus colecciones a través de la mirada contemporánea. Recientemente, la ACCA ha otorgado uno de sus Premios 2012 al proyecto de renovación del Museo Frederic Marès. Desde 1996 es académica de número de la Real Academia Catalana de Bellas Artes de Sant Jordi y desde 2007 de la Academia de Buenas Letras de Barcelona.

Académica bibliotecaria de 1998 a 2014. Directora del Boletín de 2004 a 2012.