Ди Мариано начинал заниматься футболом в родном городе Палермо, затем в возрасте 13 лет перешёл в академию «Лечче». 9 сентября 2012 года он дебютировал за клуб на профессиональном уровне в матче третьего дивизиона Италии против клуба «Кунео». 20 июля 2016 года после аренд из «Ромы» в клубы «Анкона» и «Монополи» Франческо перешёл в клуб «Новара». 29 января 2020 года Ди Мариано перешёл в клуб «Юве Стабия» на правах аренды с правом выкупа. 16 августа 2022 года Франческо подписал трёхлетний контракт с клубом «Палермо».