Federica Pellegrini è nata nell’ospedale di Mirano il 5 agosto 1988, trascorrendo la giovinezza a Spinea; la madre Cinzia Lionello, veneziana, figlia di un ex campione italiano di lotta greco-romana, è sempre stata appassionata di nuoto. Il padre Roberto, invece, lavorava presso un grande albergo come barman^[10]. Fu proprio la mamma di Federica che la avviò al nuoto nel 1995 quando, al termine dei corsi di acquaticità per neonati, la iscrisse ai primi corsi avanzati nella piscina della società Serenissima, situata alla Gazzera^[11]. Ha un fratello minore, Alessandro, nato nel 1990.

Già all’età di 6 anni disputò con successo le prime gare e si affidò alla guida tecnica di Massimiliano Di Mito, che la seguì sino al 2006^[11]. Nel 2002, a soli 14 anni di età, partecipò per la prima volta ai campionati italiani assoluti, dove vinse una medaglia di bronzo. Esordì in nazionale maggiore nel 2004.

Nel 2006 passò sotto la guida dell’allora commissario tecnico della nazionale Alberto Castagnetti e si trasferì al centro federale di Verona^[11]. I due collaborarono sino alla morte di quest’ultimo il 12 ottobre del 2009. Da quel momento si susseguirono una serie di cambi tecnici, che portarono a Matteo Giunta.

Dopo una relazione con il nuotatore Luca Marin tra il 2008 e il 2011, è stata legata sentimentalmente dal 2011 al 2017 a Filippo Magnini, anch’egli nuotatore, con il quale ha vissuto nella città di Verona, anche sede dei suoi allenamenti. Attualmente è fidanzata con il suo allenatore Matteo Giunta.