Nata a La Spezia, Federica Di Giacomo si laurea in Antropologia a Firenze. Lavora per qualche anno nel teatro danza, fondando il Collettivo teatrale Tutti. Nel 1999 frequenta un master a Barcellona, e lì collabora come aiuto sceneggiatrice in Monos como Becky di Joaquín Jordá e in En construccion di José Louis Guerin. Nel 2000 gira il documentario Los colores de la trance, Marrakesh, distribuito da BTV. Dal 2001 realizza documentari e video per Raisat Cinema ed altre televisioni e scrive e dirige i cortometraggi Close Up e Suicidio perfetto.
Produttrice, autrice e regista de Il lato grottesco della vita (2006), premiato al Torino Film Festival 2006 (premio Cipputi, premio Avanti), all'Etno film fest 2007 (miglior documentario), selezionato da numerosi festival, vince il concorso della sezione Orizzonti alla Mostra del Cinema di Venezia 2016 con il documentario Liberami, che indaga sul recente aumento del fenomeno degli esorcismi in Italia.
Nel 2021 presenta alla Mostra del Cinema di Venezia (Giornate degli Autori) il documentario Il Palazzo.