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Le record de Marta Milani était de 52 s 27, obtenu à Grosseto en juillet 2010, avant qu'elle ne se qualifie pour la finale des Championnats d'Europe d'athlétisme 2010 à Barcelone où elle s'améliore nettement en 51 s 87. Elle a remporté la demi-finale du relais 4 × 400 m en courant sa fraction lancée en 51 s 63, puis en battant le record italien en 3 min 25 s 71 en finale (3e), avec Chiara Bazzoni, Maria Enrica Spacca et Libania Grenot. Elle appartient à l'Esercito italiano. En 2011, son meilleur temps est de 52 s 02 et elle est la seule italienne qualifiée pour Daegu dans le domaine du sprint (hommes et femmes confondus). Elle passe ensuite au double tour de piste et obtient un record de 2 min 1 s 35 le à Lignano Sabbiadoro.