In carriera prese parte a quattro rassegne olimpiche: la prima nel [[2004]] quando, solo sedicenne, conquistò la medaglia d'argento nei [[Nuoto ai Giochi della XXVIII Olimpiade - 200 metri stile libero femminili|200 m]] stile libero.Divenne cosìdivenendo la più giovane atleta italiana di sempre a salire su un [[Nuoto ai Giochi della XXVIII Olimpiade - 200 metri stile libero femminili|podio]] olimpico individuale, a 32 anni di distanza dall'exploit di [[Novella Calligaris]]<ref name="repubblica.it">{{cita web|url=http://www.repubblica.it/2004/g/speciale/altri/2004olimpiadi/fedpell/fedpell.html|sito=repubblica.it|titolo="Pellegrini, impresa d'argento l'oro le sfugge per 19 centesimi"|accesso=1º ottobre 2014}}</ref>. Quattro anni dopo, ai [[Giochi della XXIX Olimpiade|Giochi]] di [[Pechino]], vinse in quella [[Nuoto ai Giochi della XXIX Olimpiade - 200 metri stile libero femminili|stessa gara]] la medaglia d'oro divenendodiventando la prima nuotatrice italiana in grado di salire sul gradino più alto del podio olimpico<ref>{{cita web|url=http://www.ilsole24ore.com/art/SoleOnLine4/dossier/Sport/2008/olimpiadi-pechino/news/pellegrini-oro.shtml?refresh_ce|sito=ilsole24ore.com|titolo="Riscatto di Federica Pellegrini: oro e record nei 200 sl. Bronzo a Sanzo nel fioretto"|accesso=22 giugno 2015}}</ref>. Nella rassegna londinese del [[2012]], invece, ebbe minore successo dovendosi accontentare di due quinti posti. Nella sua ultima partecipazione, invece, ...
Ai [[Campionati del mondomondiali di nuoto|Campionatimondiali]] deldi mondo[[Melbourne]] vinse[[2005|2007]] quattroinfranse titoliil iridati,primo diventandodegli così11 la[[Record primadel emondo unicadel donnanuoto|record indel gradomondo]] distabiliti vincerein consecutivamentecarriera. l'oroFu siacampionessa neiiridata dei [[Medaglie dei Campionati mondiali di nuoto - Stile libero|200 m]] che nei<nowiki/>e [[Medaglie dei Campionati mondiali di nuoto - Stile libero|400 m]] [[stile libero]] sia nel [[Campionati mondiali di nuoto 2009|2009]] che nel [[Campionati mondiali di nuoto 2011|2011]], diventando la prima nuotatrice capace di vincere consecutivamente il titolo in dueentrambe edizionile distanze in due diverse edizioni dei Campionati.campionati<ref>{{cita web|url=http://www.sportlive.it/altri-sport/mondiali-nuoto-2011-federica-pellegrini-oro-200-sl.html|sito=sportlive.it|titolo="Mondiali Nuoto 2011: Federica Pellegrini oro nei 200 sl"|accesso=30 settembre 2014}}</ref>. InAi questacampionati manifestazionedel mondo è l'atleta più vincente nei 200 m, grazie ai2 due ori, tre3 argenti e un1 bronzo conquistati in sei6 diverse edizioni. A partire dai mondialidall'edizione di [[Campionati mondiali di nuoto 20072005|Montreal 2005]] dela 2005quella di [[Campionati mondiali di nuoto 2015|Kazan 2015]], infatti, è sempre salita sul podio in questa specialitàdistanza.<ref>{{en}} {{cita web|url=http://www.swimvortex.com/can-federica-pellegrini-knock-it-for-six-in-tilt-at-worlds-200-free-podium-a-decade-on/|sito=swimvortex.com|titolo="CAN FEDERICA PELLEGRINI KNOCK IT FOR SIX IN TILT AT WORLDS 200 FREE PODIUM A DECADE ON?"|accesso=20 giugno 2015}}</ref>
La rivista [[Swimming World Magazine]] la elesse [[Nuotatore dell'anno|''"Nuotatrice dell'anno"'']] nel 2009 e [[Nuotatore dell'anno|''"Nuotatrice europea dell'anno"'']] nel 2009, 2010 e 2011. Inoltre, per i successi ottenuti ai Giochi Olimpici, le vennero conferiti il titoli di [[Ordine al merito della Repubblica italiana|''"Ufficiale e Commendatore dell'Ordine al merito della Repubblica Italiana"'']], rispettivamente nel 2004 e nel 2008.<ref name="quirinale.it">{{cita web|url= http://www.quirinale.it/elementi/DettaglioOnorificenze.aspx?decorato=141492|titolo="Ufficiale Ordine al merito della Repubblica Italiana Sig.ra Federica Pellegrini"|accesso=12 aprile 2011}}</ref><ref name="ReferenceA">{{cita web|url= http://www.quirinale.it/elementi/DettaglioOnorificenze.aspx?decorato=297809|titolo="Commendatore Ordine al merito della Repubblica Italiana Sig.ra Federica Pellegrini"|accesso=12 aprile 2011}}</ref>
