Sara Dieci ha compiuto gli studi di organo e clavicembalo nei conservatori di Parma e di Toulouse, con Francesco Tasini e Willem Jansen. Si è laureata in lettere con Claudio Gallico all'Università di Parma con una tesi sul basso continuo monteverdiano. Ha partecipato a diversi corsi di perfezionamento in organo, clavicembalo, musica d'insieme, basso continuo e sulla tutela degli organi antichi.
La sua attività concertistica privilegia gli organi storici e la collaborazione con musicisti dediti al repertorio barocco, fa cui l'Ensemble Concerto, ma anche la Filarmonica Arturo Toscanini, Orchestra Mozart, Lenz Teatro, Aterballetto. Collabora da vent'anni con la Cappella musicale di San Petronio in Bologna, di cui è organista titolare. Ha effettuato, fra altre, diverse prime incisioni di opere di Vivaldi, Bononcini, Pistocchi, Tessarini, Perti, Henry Butler, Carlo Farina, il Vespro della Beata Vergine di Monteverdi. In teatro, ha suonato la parte d’organo o di basso continuo in numerosi allestimenti di lirica e prosa. Le sue scelte esecutive tuttavia non escludono le esperienze più diverse, dalla sonorizzazione dal vivo del film muto al dj set.
Dottore di ricerca all'Università del Salento, all'attività esecutiva affianca quella musicologica, rivolta principalmente agli aspetti storici della prassi esecutiva e alla cantata da camera italiana; collabora con diverse riviste e progetti di ricerca (Université de Strasbourg, Società Italiana di Musicologia, Fondazione Arcadia). Le sue pubblicazioni comprendono saggi, edizioni critiche, note ai libretti di CD, recensioni e articoli. Ha curato edizioni dedicate a Giovanni Bononcini, Biagio Marini e Alessandro Grandi. Collabora con vari teatri e istituzioni musicali come curatore o autore dei programmi di sala. Tiene regolarmente lezioni, seminari, conferenze sulla storia e la cultura musicale in istituzioni come biblioteche, musei, scuole, università, circoli culturali, unità sanitarie.