Diletta Carli si è messa ben presto in mostra stabilendo nel 2010 il record italiano giovanile di categoria nei 200m stile libero e nei 400m stile libero. L'anno seguente ha collezionato la sua prima presenza agli europei giovanili ospitati a Belgrado, ma la sua prima medaglia importante è arrivata con la partecipazione agli europei di Debrecen 2012 dove ha conquistato l'oro nella staffetta 4x200m stile libero. I campionati europei giovanili svolti ad Anversa due mesi più tardi l'hanno invece vista vincere l'oro nei 400m stile libero, stabilendo tra l'altro il record del campionato con il tempo di 4'09"36, oltre ai due argenti conquistati nei 200m stile libero e nella staffetta 4x200m stile libero.