施廷懋5岁时，开始在重庆市二体校训练体操。三年之后，由于重庆市当时没有体操专业队，施廷懋被跳水队教练选中，改练跳水 。2006年，施廷懋被清华大学跳水队看中，并开始师从于芬 。2008年，施廷懋结束训练回到重庆队 。
2010年，施廷懋在广州亚运会跳水女子三米跳板中摘得银牌；2011年，获得上海世锦赛跳水女子一米板决赛中获得冠军，成为第一位以地方队员身份夺得世锦赛金牌的中国跳水运动员；2012年，入选国家跳水队；2013年，施廷懋在巴塞罗那世锦赛跳水女子双人三米板中夺得金牌；2014年，囊括世界杯跳水女子三米板、仁川亚运会女子一米板等多项赛事的金牌；2015年，施廷懋获得喀山世锦赛跳水女子双人三米板、女子三米板金牌，女子一米板银牌；2016年，在巴西里约热内卢奥运会跳水女子双人三米板、女子三米板中均折桂，同年被中华全国总工会授予全国五一劳动奖章。2017年，施廷懋夺得游泳世锦赛跳水女子三米跳板冠军，同年被评为2017年国际泳联年度跳水最佳运动员。2018年，施廷懋以全场唯一破四百分的404.70分夺得武汉跳水世界杯女子三米板冠军 。2021年，在东京奥运会跳水项目上，施廷懋获得女子双人三米板、女子三米板冠军 。
截至2021年8月1日，施廷懋在女子三米板和女子双人三米板项目上赢得4枚奥运金牌，7个世锦赛冠军，6个世界杯冠军和4个亚运会冠军
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