​Diplômée en ingénierie électronique de l'école Polytechnique de Turin, Monica de Virgiliis commence sa carrière en 1993 en tant qu'ingénieur de production dans la division électronique de Magneti Marelli (Italie, groupe Fiat).

A partir de 1996, elle est chargée du développement des partenariats pour la Direction de la recherche technologique du CEA, puis du programme commun CEA-STMicroelectronics sur les microsystèmes électromécaniques (MEMS).

En 2001, elle rejoint STMicroelectronics. Elle prend en charge le business development de l'activité Telecom Wireline à Agrate Brianza (Italie) avant de rejoindre la division Advanced Technology (Suisse), en 2003. Deux ans plus tard, elle devient General Manager de la division Wireless Multimédia où elle pilote une réorientation majeure de l'activité vers des produits plateforme hardware-software pour l'industrie émergente des smartphones.

En 2015-2016, elle pilote un projet de transformation chez le fabricant allemand de semi-conducteurs Infineon en tant que General Manager Microcontroleurs Industriels.

Elle est aussi administratrice indépendante de Prysmian, groupe leader mondial des câbles pour l'énergie et les télécommunications et de Snam, groupe leader européen de transport de gaz naturel.