Nata e cresciuta in una famiglia trevigiana di musicisti, dopo aver studiato violino, Federica Rosellini entra nell'Orchestra La Réjouissance. Ma è la recitazione che l'attira, spingendola a trasferirsi a Milano, per frequentare la Scuola del Piccolo Teatro, diretta dal Luca Ronconi che, in brevissimo tempo, porterà a essere riconosciuta come un prodigio del teatro italiano.
In questi giorni possiamo vederla nelle sale nel film di Daniele Luchetti Confidenza.

Debutta a soli diciannove anni, diretta proprio da Ronconi in "I beati anni del castigo", diventando negli anni anche sua assistente alla regia, per esempio nell'allestimento di "Panico". Con il diploma arriva anche il Premio Hystrio alla vocazione.
Intanto, partecipa anche a "Il mite" di Fëdor Dostoevskij, per la regia di Monica Conti, e "Santa Estasi", "Le Baccanti" e "La solitudine dei campi di cotone".

Nel 1996, Antonello Grimaldi la sceglie per Il cielo è sempre più blu, segnando il suo debutto cinematografico in un cast corale che prevede Asia Argento, Margherita Buy, Roberto Citran e molti altri attori.