El 16 d'octubre de 1793, als 14 anys, va ingressar com a cadet al Reial Col·legi d'Artilleria de Segòvia. Va acabar els seus estudis com a número dos de la seva promoció i va rebre un ascens al grau de sotstinent l'11 de gener de 1799. En 1801 va ser destinat a l'exèrcit que operava a Portugal. El 12 de juliol de 1802 va ascendir al grau de tinent i el 6 d'abril de 1804 al de capità. L'1 d'agost d'aquest mateix any va entrar com a professor de l'Acadèmia en la que havia estudiat. Era un autèntic expert en el mesurament de la velocitat dels projectils. Va romandre com a professor fins a l'1 d'agost de 1806, data en què va ser nomenat Secretari de la Junta Superior Econòmica del Cos d'Artilleria, per la qual cosa va haver de traslladar-se a residir a Madrid per estar-hi situat l'Estat Major, càrrec que li permetia disposar de molta informació. Joachim Murat va intentar atreure'l a la causa napoleònica, cosa a la qual Velarde va respondre que "no podia separar-se del servei d'Espanya sense la voluntat expressa del rei, del seu cos i dels seus pares".
Després del fracàs del seu pla d'aixecament general urdit amb Luis Daoíz y Torres, ja en 1808, Velarde va seguir en la seva destinació fins que, en el matí del dos de maig, en escoltar els primers trets, la va abandonar exclamant:
«
Cal batre'ns; cal morir; anem a batre'ns amb els francesos.
»
Es va dirigir al Parc d'Artilleria de Monteleón, on va desarmar la guàrdia francesa que vigilava que els espanyols no fabriquessin més munició de la normal, va convèncer a Daoíz que calia donar armes al poble i entre tots dos van preparar la defensa de la caserna.
Quan Daoíz ja havia caigut, Velarde fou ferit mortalment per un tret a tret a boca de canó d'un oficial de la Guàrdia Noble polonesa. Velarde va ser enterrat a l'església de San Martín aquesta mateixa nit al costat de Daoíz i altres soldats espanyols.
Monuments i homenatges
Estàtua erigida en Santander en memòria de Pedro Velarde. A l'estàtua hi ha una inscripció que diu: Santander a la glòria de l'heroi. 1880.
