Я не думаю, что это возможно, так как вы используете по умолчанию ItemsPanel, который является VirtualizingStackPanel. Невидимые элементы не прикрепляются к визуальному дереву, они никогда не измерялись и никогда не располагались, поэтому у них нет позиции.
Если виртуализация не является обязательной, вы должны изменить ItemsPanel на StackPanel. Эта панель прикрепляет все элементы к визуальному дереву, и TranslatePoint / TransfromToAncestor будет работать правильно.
<ListBox>
<ListBox.ItemsPanel>
<ItemsPanelTemplate>
<StackPanel/>
</ItemsPanelTemplate>
</ListBox.ItemsPanel>
...
</ListBox>