Federico Dionisi est un attaquant. Il fait partie de ces joueurs qui ne sont pas passés par un centre de formation et fait ses débuts en Serie D au Monterotondo. Après un court passage à la Cisco Roma en C2 il explose à Celano où il reste trois saisons. Des performances qui lui valent de sauter trois divisions pour arriver directement à Livorno en Serie A où il fait ses débuts en aout 2009 avant d’être prêté à la Salernitana dès janvier. Six bons mois en Serie B et Dionisi revient en Toscane pour y rester trois saisons et devenir un élément important de l’effectif, il apporte en effet sa contribution au retour en Serie A avant de tenter l’aventure portugaise puisque prêté à l’Olhanense l’été 2013. L’expérience se révèle positive puisqu’il marque régulièrement mais n’évite pas la relégation. Il s’engage ainsi avec Frosinone en fin de saison.