Франц-Альберт (Фёдор) Шехтель родился 7 августа 1859 года в Санкт-Петербурге. Его отец был инженером-технологом, а мама Дарья Карловна - купчихой из семьи саратовских купцов Жегиных. Позднее она работала экономкой у Третьякова. У Шехтеля также было ещё два брата и три сестры.
Детство он провёл в Саратове. Его отец рано умер и положение семьи было почти бедственным. Шехтель окончил Тираспольскую католическую гимназию, учился в Строгановском училище, но не окончил его, и был отчислен за плохую посещаемость. После этого работал архитекторским помощником у известных московских зодчих конца XIX века А.Каминского и К.Терского. Он участвовал в проектировании театра "Парадиз" на Большой Никитской, составив проект фасада этого здания. Под влиянием Каминского – знатока русского и западных средневековых стилей - у Шехтеля возник интерес к средневековому зодчеству, который вскоре нашел отражение в его работах. Не без влияния Каминского развился и колористический дар Шехтеля – одного из самых замечательных мастеров цвета в архитектуре.
С конца 1870-х годов Шехтель начал работать самостоятельно. Архитектура была на время оставлена - он иллюстрировал и оформлял книги, журналы, рисовал виньетки, адреса, театральные афиши, обложки для нот, меню торжественных обедов, сотрудничал с сатирическими журналами "Будильник" и "Сверчок". Вместе со своим приятелем по училищу Н.Чеховым (братом Антона Павловича), Шехтель писал иконы и создавал эскизы монументальных росписей. Именно Шехтель оформил виньетками первый сборник Чехова "Пёстрые рассказы".
Особое место в творчестве молодого Шехтеля занимает работа театрального художника. Он создал костюмы и эскизы декораций, помогал знаменитому декоратору Большого театра К.Вальцу – большому любителю красочных зрелищ. Вместе с тем он работал и в народном театре "Скоморох", оформлял народные гуляния. Забавно, что свою карьеру антерпренёр "Скомороха" Лентовский начинал в "летнем театре городского "Сада Шехтель" в Саратове, принадлежавшему дяде и отцу Федора Осиповича.
Женился Шехтель на своей кузине Наталье Тимофеевне, чей отец - купец Т.Жегин - был известный меценат и друг Третьякова.
Постепенно Шехтель возвратился к архитектуре. Уже в середине 1880-х годов по его проекту велась застройка имений Кирицы и Старожилово в Рязанской губернии, строились загородные дома в Московской и Ярославской губерниях, отделывались интерьеры московских особняков.
Настоящий успех приходит к нему после того, как он построил несколько дач и особняков для известной семьи Морозовых (в частности, особняк З.Морозовой на Спиридоновке, в оформлении которого Шехтелю помогал тогда ещё малоизвестный М.Врубель и "готический замок" И.Морозова в Петровском парке). Морозовы не скупились на средства и предоставили художнику практически полную творческую свободу.
В 1893 году Шехтель получил диплом техника-строителя и окончательно решил посвятить себя архитектуре. Любопытно, что Фёдор работал в двух разных стилях - "русском" и "готическом". Но главный принцип Шехтеля - здание не должно быть скучным и его невозможно рассмотреть с одной точки, оно должно меняться, пока ты идёшь по нему. Современники называли его настоящим "певцом прекрасного". Он насыщал свои здания интересными деталями, умел создать ощущение гармонии, спокойствия и уюта. Ведь дом, по мнению Шехтеля, создан в первую очередь не для того, чтобы производить впечатление, а для жизни. Характерно, что так же внимательно, как к строительству самых ответственных заказов, он относится к собственному дому в Ермолаевском переулке. Над его входом, как символ наступивших художественных перемен, была помещена выразительная мозаика. Она метафорически изображала неумолимую динамику жизни — рождение, расцвет и смерть — в виде бутона, расцветшего и увядшего цветков ириса на золотом фоне.
Весной 1900 года Шехтель подготовил проект здания типографии А.Левенсона в Трёхпрудном переулке, выдержанный в формах любимой им готики, но уже в конце года, когда завершается постройка этого сооружения, он создал внутреннюю лестницу в совершенно иной манере. В творчестве художника произошел резкий поворот в сторону модерна. Возможно, сказалось влияние Всемирной Парижской выставки, которая дала творческий импульс многим художникам и на которой Шехтель был награждён серебряной медалью. В любом случае, считается, что работы Шехтеля - это классика московского модерна. А самое известное здание Фёдора Осиповича, выполненное в этом стиле - особняк Рябушинского.
Он был построен по принципу спирали и совмещал в себе достижения Ар Нуво с русской архитектурной традицией.
В 1901 году Фёдор Осипович был удостоен звания академика Санкт-Петербургской Академии художеств.
Одно из самых известных зданий, построенных Шехтелем в этот период в любимом "псевдорусском" стиле - Ярославский вокзал. В нём творчески переосмыслена архитектура Русского Севера, щедро использованы керамика и лепнина.
Тогда же архитектор перестроил здание Художественного Театра, именно благодаря Шехтелю (развившему здесь орнаментальные достижения Климта) МХТ обретает свой фирменный дизайн.
До революции Шехтель создал ряд значительных построек, в том числе в стиле "рационального модерна" - со строгим и скупым, но выразительным декором. Кинотеатр "Художественный" на Арбатской площади - прекрасный образец этого стиля.
Впрочем, работал он не только в Москве, данью памяти Чехова стали выстроенные по проекту Шехтеля библиотека и музей писателя в городе Таганроге. Интересны также его "духовные" работы, например, старообрядческая Белокриницкая церковь Троицы со сторожкой в Балакове Самарской губернии, построенная по заказу купцов братьев Мальцевых и выполненная всё в том же "псевдорусском" (или неорусском) стиле, или совсем другая - в византийском стиле - Спасская церковь в Иваново-Вознесенске.
В 1914 году, после начала Первой мировой войны, Шехтель перешёл в православие и принял имя Фёдор. Шехтель был далёк от политики, и после революции продолжил свою творческую деятельность. Но значительных произведений больше не создал, большинство его замыслов оказалось нереализованными.
В 1918 году особняк Шехтеля для был национализирован, а зодчий с семьёй выселен. Он скитался по разным квартирам, пока не нашел пристанище у своей дочери, Веры Фёдоровны Шехтель (Тонковой).
Всего у Шехтеля было две дочери и два сына. Внук Шехтеля - эстрадный артист Вадим Тонков, больше известный как Вероника Маврикиевна.
Умер Шехтель 7 июля 1926 года. Он был похоронен на Ваганьковском кладбище.
В 2009 году о Фёдоре Шехтеле был снят документальный фильм "Гений русского модерна".