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Professionnel en 1915 puis de 1920 à 1932 dans divers équipes (Liberti, Bianchi, Automoto Wolber, Atala, Alcyon Dunlop, Peugeot, Opel, Meteore Wolber, Mifa), Federico Gay a remporté quatre étapes du Tour d'Italie 1924, dont il a pris la deuxième place, derrière Giuseppe Enrici. Il a également gagné Milan-Turin à deux reprises, ainsi qu'une étape du Tour de France 1922.