Lors des championnats d'Europe à Debrecen, Diletta Carli remporte la médaille d'or lors du relais 4 × 200 m nage libre. Aux Jeux olympiques de Londres 2012, elle participe au relais 4 × 200 m nage libre que les Italiennes achèvent à la septième place. En 2013, elle devient championne du monde junior du nage libre à Dubaï