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Samuele Battistella commence le cyclisme à l'âge de 7 ans au sein de l'Unione Ciclistica Loria[1],[2].
En 2019, il devient champion du monde sur route espoirs, après la disqualification du vainqueur initial Nils Eekhoff, déclassé après être remonté dans les voitures d'une façon anormale, décision prise par les commissaires[3].
En 2020, il se classe seizième de la Bretagne Classic remportée par l'Australien Michael Matthews[4]. En novembre, il signe un contrat de deux ans avec l'équipe Astana.
Initialement retenu pour participer au Tour de France 2022, Battistella est contraint de déclarer forfait à la suite d'un test positif au SARS-CoV-2 à deux jours du départ. Son équipe sélectionne Aleksandr Riabushenko pour le remplacer[5]. Sélectionné pour le Tour d'Espagne, il y est non-partant lors de la dix-huitième étape en raison d'une fièvre[6]. En octobre, Astana annonce l'extension du contrat de Battistella jusqu'en fin d'année 2024[7].