Народився 10 листопада1997 року в місті Мілан. Вихованець футбольної школи клубу «Інтернаціонале». 11 грудня 2014 року Дімарко дебютував за основний склад, замінивши Даніло Д'Амброзіо на 84-й хвилині матчу проти «Карабаха» (0:0) в груповому турнірі Ліги Європи[2][3]. У другій половині сезону 2014/15 він регулярно включався в заявку на матчі «Інтера». 31 травня 2015 року Дімарко дебютував у Серії A, вийшовши на 89-й хвилині на заміну замість Родріго Паласіо у матчі проти «Емполі» (4:3)[4]. Цей матч так і залишився єдиним у чемпіонаті.
27 січня 2016 року футболіст був відданий в оренду до кінця сезону клубу італійської Серії Б «Асколі»[5]. 6 лютого Дімарко дебютував у новій команді, вийшовши в стартовому складі на матч з «Латиною»[6]. А наступний сезон 2016/17 провів у клубі вищого дивізіону «Емполі»[7].
30 червня 2017 року за 3,91 млн. євро[8] Дімарко перейшов у швейцарський «Сьйон»[9]. 23 липня 2017 він дебютував занову команду в швейцарській Суперлізі в грі з «Туном», але вже на 41-ій хвилині через перелом ноги змушений був покинути поле[10][11]. Серйозна травма не дозволила гравцю провести повноцінний сезон, за який він встиг зіграти лише 9 матчів, після чого 5 липня 2018 року «Інтернаціонале» скористалось пунктом викупу і повернуло гравця за 7 мільйонів євро[12].
7 серпня 2018 року гравця було віддано в оренду в «Парма»[13] і протягом сезону він відіграв за пармську команду 13 матчів в національному чемпіонаті.
Повернувшись влітку 2019 року до «Інтера», провів протягом наступної половини сезону чотири гри за міланську команду в усіх турнірах, після чого у січні 2020 року був орендований «Вероною», в якій отримував значно більше ігрового часу. За півтора сезони провів за цю команду 50 матчів, забивши 5 голів.
↑Nota Integrativa. F.C. Internazionale Milano S.p.A. bilancio al 2017-06-30(PDF) (statutory filing) (Italian) . Milan: Italian C.C.I.A.A. December 2017. с. 29. {{cite book}}: |format= вимагає |url= (довідка)
↑Federico Dimarco al Sion. FC Internazionale - Inter Milan (Пресреліз). 30 червня 2017. Архів оригіналу за 19 червня 2019. Процитовано 28 жовтня 2017.