En équipe nationale depuis 2008[1], Federica Sanfilippo débute en Coupe du monde décembre 2013 avant de monter sur son premier podium en février 2015 lors du relais d'Oslo avec Dorothea Wierer, Nicole Gontier et Karin Oberhofer. Elle marque ses premiers points en janvier 2015 à Antholz. Sélectionnée pour les Championnats du monde 2015, elle dispute une seule course, l'individuel, qu'elle termine à la 11e place
Elle monte sur son premier et seul podium individuel à l'issue du sprint d'Östersund en décembre 2015, en se classant deuxième derrière Gabriela Soukalova. Elle gagne ensuite son premier relais à Hochfilzen. Elle obtient son meilleur résultat en grand championnat aux Mondiaux 2017 à Hochfilzen, terminant cinquième du sprint.
Aux Jeux olympiques d'hiver de 2018, elle est 69e du sprint et 9e du relais. En fin d'année 2018, elle remporte son deuxième relais en Coupe du monde à Hochfilzen.
Non retenue pour l'étape italienne d'Antholz en 2022-2023, Sanfilippo annonce dans la foulée arrêter sa carrière de biathlète. Elle se réoriente en ski de fond[2].