Фёдор Шехтель родился 26 июля 1856 года в Петербурге в семье обрусевших немцев. Его настоящее имя — Франц Альберт. Интересно, что имя Фёдор, под которым он вошёл в историю мировой архитектуры, Шехтель взял после принятия православия в 1915 году, за 11 лет до смерти.
Довольно рано он лишился отца. Мать с шестью детьми на руках осталась без средств к существованию. Чтобы прокормить семью, она устроилась экономкой в дом Павла Третьякова. Дети же остались на попечении родственников и знакомых мужа в Саратове.
В 11 лет Шехтель поступил в Саратовскую мужскую гимназию. Учёба его не увлекала: единственные предметы, которые удавались Фёдору, — чистописание, рисование и черчение, а за отсутствие успехов в арифметике и латинском языке его даже как-то оставили на второй год. После окончания гимназии он переехал в Москву к матери. Среди множества знакомств, заведённых им в доме Третьякова, особую важность имеет одно — с известным архитектором Александром Каминским. Он оказал большое влияние на юного Шехтеля. Впоследствии они будут работать вместе больше десяти лет.
Вопрос о выборе профессии для Шехтеля не стоял — он всегда знал, что будет архитектором. Вскоре после приезда в Москву он поступил на архитектурное отделение в училище живописи, ваяния и зодчества. В годы учёбы он познакомился с Николаем Чеховым, братом Антона Чехова, и даже оформил обложку первого сборника писателя, который, к слову, всегда считал его «талантливейшим архитектором мира».
Помимо занятий по черчению, проектированию и математическому расчёту на плечах молодого студента лежала забота о больной матери, к тому моменту покинувшей место экономки. Ему приходилось совмещать учёбу с работой. В итоге за плохую посещаемость его отчислили из училища.
В начале 1880-х Фёдор Шехтель создавал костюмы и декорации для театров, рисовал иллюстрации, обложки для книг и виньетки, делал первые шаги на архитектурном поприще. Из-за отсутствия диплома архитектора ему было непросто убедить потенциальных заказчиков в своём профессионализме. Первые заказы были за пределами Москвы. Но уже и в этих проектах проявились удивительные грани его дарования: Шехтель совмещал византийский стиль с готическим, монастырские башни со средневековыми, не боялся экспериментов. Шехтель был известен своей поразительной трудоспособностью, неудержимой внутренней энергией, потребностью в реализации.
Ему поручили оформление театрального зала в саду «Эрмитаж», декорирование Московского Манежа, он иллюстрировал журналы и обложки книг, преподавал в первом частном художественном учебном заведении — в Классах изящных искусств Гунста. К 1887 году Шехтель уже не испытывал финансовых трудностей, он переехал в большую, дорогую квартиру на Тверской и женился на Елене Жегиной, с которой вырос в одной семье в Саратове.
Первые крупные заказы появились у Шехтеля в 1890-х. В тот период он работал преимущественно в неоготическом и неорусском стилях. Важную роль в биографии Шехтеля и истории мировой архитектуры играет его знакомство с семьёй Морозовых, богатейших купцов того времени. Именно особняк Зинаиды Морозовой стал самой заметной постройкой этого периода. По преданию, в этом здании «жила» Маргарита Михаила Булгакова.
Построенный в стиле английской готики, он стал воплощением давней мечты Морозова, несколько лет прожившего в Англии. Два месяца работы, 600 чертежей — и на Спиридоновке началась большая стройка, результатом которой стал уникальный, ни на что не похожий особняк со странными полульвами-полухимерами на фасаде, соединённый со вспомогательными флигелями подземными коридорами. Фантастические элементы доминировали и в интерьере: Шехтель смело задействовал роспись, витражи, резьбу и отделку с изображением сказочных, мифических существ. Постройка этого особняка сделала Шехтеля востребованным, популярным архитектором. Теперь среди его клиентов — самые богатые и именитые заказчики.
В 1894 году зодчий получил официальное разрешение Техническо-строительного комитета МВД на работу по гражданской строительной и дорожным частям. Тем не менее это не давало Шехтелю права называться инженером или архитектором, только техником архитектуры. К счастью, это почти никак не мешало его академической карьере: в 1895 году его приняли в Московское архитектурное общество, а с 1898 года он преподавал в Строгановском училище.
В 1900-е Шехтель совершил переход от готики к модерну. В некоторых постройках, например, старообрядческой Белокриницкой церкви в Самарской губернии, он не побоялся совместить оба стиля. В другой его выдающейся работе — особняке Рябушинского — были использованы характерные для старообрядческой традиции элементы. Глава семейства Рябушинских, предприниматель и банкир, был старовером. По его просьбе Шехтель спрятал в мансарде дома тайную молельню, о которой не знал никто, кроме ближайшего круга предпринимателя. Ключевым элементом дома является лестница-волна, которая объединяет этажи: от первого, символизирующего подводное царство, до второго — воздушного мира и третьего — вышеупомянутой часовни, купол которой расписан звёздами. Именно в особняке Рябушинского после своего возвращения из Италии жил Максим Горький, которому, к слову, дом не нравился: его раздражала излишняя, как он считал, роскошь. К тому же, будучи достаточно высоким человеком — рост Горького составлял 193 см, — он находил дом слишком тесным, кукольным, и не мог удобно там разместиться.
Шехтель увлечённо работал в стиле модерн, который позже назовут его фирменным стилем. В 1906 году архитектор без официального диплома, не получивший высшего образования, стал председателем Московского архитектурного общества. Его так же приняли в почётные члены архитектурных союзов множества европейских стран.
При советской власти Шехтель пытался приспособиться к новому миру, но это у него получалось плохо. Особняк, который он построил для своей семьи, национализировали, архитектор был вынужден скитаться по съёмным квартирам. Он сохранял свои высокие посты и продолжал преподавать, в том числе в Высших художественно-технических мастерских, но на практике его талант не был востребован. На фоне роста популярности конструктивизма человек, строящий уникальные, штучные особняки-истории, оказался не нужен. Он предлагал свои разработки, показывал проекты, но их не принимали.
Последние годы Шехтель жил в бедности, порой его мизерной пенсии не хватало даже на лекарства. Чтобы содержать жену и больную дочь, он попытался продать свою обширную коллекцию предметов искусства, но безуспешно. Фёдор Шехтель умер от рака желудка 7 июля 1926 года. Надгробие было выполнено по его собственному проекту, разработанному ещё в 1895-м.