Federico Melani a obtenu un diplôme de médecine (2004) et une certification en neurophysiologie clinique (2008) à l'Université de Florence en Italie, développant un intérêt pour la gestion clinique des patients atteints d'épilepsie pharmacorésistante. Depuis avril 2009, il travaille à l'unité neurologique pédiatrique de l'hôpital pour enfants A. Meyer (Florence), se concentrant sur l'évaluation pré-chirurgicale des patients pédiatriques atteints d'épilepsie pharmacorésistante.
En août 2011, il a rejoint l'Institut neurologique de Montréal pour un stage postdoctoral sous la supervision du Dr Jean Gotman, concentrant ses recherches principales sur les oscillations à haute fréquence en stéréo et en EEG de surface.