En el año de 1849 su familia se trasladó a la Ciudad de México, en donde a los pocos meses de su llegada muere don Felipe, padre de José María, víctima de una epidemia de cólera morbo que asoló a la ciudad en el año de 1850.
A partir de la muerte de su padre, José María trabajó como dependiente de una tienda de ropa, al mismo tiempo que hacía sus estudios en el Colegio Lancasteriano de Santa Catarina Mártir, en donde empezó a sentir una gran afición por el dibujo y también a mostrar grandes aptitudes.
En el año de 1855 terminó sus estudios primarios y fue en este mismo año, por conducto del señor Luis Ponce de León, en que José María pudo ingresar a la Real Academia de Bellas Artes de San Carlos de Valencia para estudiar, por las noches, lo que a él le apasionaba, desde que Velasco se inició en los corredores de la Academia con sus primeros ensayos, emprendió también el estudio de las ciencias que a su modo de ver eran convenientes para su futura profesión. En la época en que ingresó José María Velasco a la Academia de San Carlos, el tema imperante de los pintores de México era la figura humana en sus distintas variantes: composiciones religiosas, mitológicas, históricas, etc. Haber dedicado la mayor parte de sus obras a la representación de la naturaleza, lo coloca como un innovador de la pintura y la ecología de su época. Su sentido visual, su sensibilidad y sus conocimientos, le permitieron percibir más allá de lo que un ser normalmente dotado puede observar respecto a la forma, coloraciones y características del paisaje. Cuando Velasco inició formalmente sus estudios, sus trabajos fueron grandemente influidos por la técnica de Landesio, pero pronto, Velasco percibe el paisaje de México con sus ojos de mexicano apartándose poco a poco de las características académicas del arte que se hacía en la segundo mitad del siglo XIX, logra con personalidad propia y bien formada, crear obras maestras que le valieron su consagración tanto en América como en Europa.
En el año de 1868, Velasco fue nombrado Profesor de Perspectiva y fue entonces cuando renunció a la pensión que disfrutaba. En este mismo año contrajo matrimonio con la señorita Luz Sánchez Armas Galindo, siendo sus testigos de bodas su hermano el Dr. Ildefonso Velasco y su maestro Eugenio Landesio, lo que deja ver la amistad que ya existía entre estos dos paisajistas fuertemente identificados. En el año de 1889 tuvo el honor de ser comisionado por el Gobierno de México como jefe de la delegación que asistiría a Francia llevando pinturas de varios autores, para ser exhibidas en la Universal de París, con la que se conmemoraba el primer centenario de la Revolución Francesa. Fueron 68 las obras que se presentaron de Velasco en esa ocasión.
Sufre un ataque al corazón, pero no se deja vencer por la enfermedad y sigue pintando. En el año de 1902 deja la clase de Perspectiva en la Academia de San Carlos. A partir del año de 1905, aunque su producción sigue siendo cuantiosa, pinta casi exclusivamente en su casa de la Villa de Guadalupe Hidalgo, donde muere de una horrible colera el 26 de agosto de 1912.
Gran pintor paisajista mexicanoA lo largo de varias décadas, ha sido reconocido como uno de los países productores de genios en el arte creativo. Lo anterior se deba quizá, a la gran excelencia de artistas que ha dado al mundo como el maestro José María Velasco, máxima figura de la pintura académica mexicana del siglo XIX, especialmente en el genero del paisaje.Desde su formación, Velasco demostró su habilidades como dibujante en cada uno de sus litografías, estudios y bocetos que realizó de la figura humana y de la naturaleza. La obra de Velasco, se caracteriza por que en ella, el artista profundiza y plasma sus conocimientos sobre botánica, zoología, física y anatomía, así como sobre fotografía, minería, arquitectura, geometría, y lenguas. De ahí que Velasco ha sido conocido como el pintor "científico" y "viajero", este último termino, se debe en gran parte a que el artista, gustaba de realizar expediciones artísticas, en las que descubría maravillosos paisajes desde grandes alturas, que quedaron grabadas en su obra. También es considerado como uno de los primeros pintores modernos en México, por el espíritu progresista que lo caracterizó. Velasco, fue un paisajista por excelencia, en muchas ocasiones, pintó el Valle de México, con esa atmósfera transparente que le era peculiar y su dimensión gigantesca que hacen a sus obras inconfundibles.
Se puede decir que la obra de Velasco, es una visión amplia y atmosférica del paisaje, en donde expresa con grandiosidad la naturaleza americana, la historia y la vida de México; fue el máximo representante del llamado realismo decimonónico, así como un artista que hizo de la geografía mexicana el símbolo de la identidad nacional.
La obra de Velasco, podría ser divida en tres etapas: la académica, entre 1860 y 1889 donde sobresalen obras como La Plaza de San Jacinto en San Ángel, Las montañas de la Magdalena y La Alameda de México, entre otras; la segunda abarca comprende el periodo entre 1890 y 1892, en ella, el artista pone de manifiesto la influencia de los experimentos que realizaron los impresionistas en Francia, con quienes tuvo contacto. De esta etapa son las obras Valle de México desde el cerro de Atraeualco y Ajusco, visto desde el Tepeyac. La última etapa tiene un carácter más personal y ésta, se caracteriza por tener ser un poco más personal, y llena de cierto toque romantico. Esta etapa abarca de 1892 a 1912, época en la que crea obras como Rocas del cerro de Atzacoalco, Templo de San Bernardo y El Puente de Metlac, entre otras.
A lo largo de su carrera, José María Velasco recibió numerosos reconocimientos por su trabajo, tanto en México como en el extranjero. Asimismo, Velasco fue maestro de otros grandes pintores, como los muralistas José Clemente Orozco, Diego Rivera y David Alfaro Siqueiros.