Antonella Palmisano détient tous les records nationaux juniors de la marche féminine et a remporté la Coupe du monde 2010, catégorie juniors, à Chihuahua. Après disqualification des deux marcheuses russes, elle remporte la medaille d'argent lors des Championnats d'Europe espoirs d'athlétisme 2011 à Ostrava. Sur , son meilleur temps est de obtenu pour remporter la médaille de bronze lors des Championnats d'Europe espoirs d'athlétisme 2013, qu'elle porte à en finale des Championnats du monde de la même année à Moscou, ce qui lui permet de décrocher une dixième place. Le , elle bat une nouvelle fois son record en , à l'occasion de la Coupe du monde de marche à Taicang. Elle termine des Championnats du monde à Pékin le .