Родился 17 февраля (1 марта н. с.) в Петербурге в бедной семье (отец – портной, бывший крепостной, мать – крестьянка).
В четыре года потерял отца, мать стала работать прислугой в доме одной петербургской чиновницы.
Учился в приходской школе, затем в уездном училище, закончил образование в Петербургском учительском институте (1882).
В 1882 – 92 был учителем математики в провинциальных городах, до выхода в отставку в 1907 продолжал педагогическую деятельность в Петербурге.
Первые стихотворения, в которых присутствует влияние символистов, напечатал в 1884. Десять лет работы в провинции не прошли для него даром: он привез в Петербург начатый еще в 1882 роман “Тяжелые сны”, который в 1895 был опубликован в “Северном вестнике”.
В “Северном вестнике” в 1893 – 97 были помещены 17 его стихотворений (2 из них – переводы из Верлена), три рассказа (“Тени”; “Червяк”; “К звездам”), пять статей на общественные темы, множество рецензий.
Уже находясь в Петербурге, он вошел в круг русских символистов, объединившихся вокруг журнала “Северный вестник” (Минский, Мережковский, Гиппиус, Бальмонт и др.). В 1895 – 96 выходят его первые сборники: “Стихи. Книга первая”, “Тени. Рассказы и стихи”. Сологуб занимает в литературе “такое свое место, что не признавать его сделалось нельзя” (З. Гиппиус).
Выходят его книги стихов (“Змий. Стихи. Книга шестая”, 1907; “Пламенный круг”, 1908) и рассказов (“Книга разлук”, 1908; “Книга очарований”, 1909). В эти годы выступает и как драматург (“Дар мудрых пчел”, 1907; “Победа смерти” и “Ночные пляски”, 1908, и др.).
Вершиной его прозы стал знаменитый роман “Мелкий бес”, написанный в 1902 и опубликованный в 1907. Появление этого романа определило дальнейшую судьбу Сологуба : он смог выйти в отставку и заняться только литературным трудом. Он начинает писать роман “Навьи чары”.
В 1910 – 1912 выходит Собрание сочинений Сологуба в двенадцати томах. Февральскую революцию приветствовал, Октябрьскую не принял, однако продолжал общественно-литературную деятельность. В марте 1918 был избран председателем Совета Союза деятелей художественной литературы. Издал свои демократические стихи разных лет (сборник “Соборный благовест”, 1921).
Много занимается переводами. В 1924 избирается почетным председателем секции переводчиков в Союзе ленинградских писателей, в 1925 – председателем секции детской литературы, в 1926 – председателем правления Союза, входит в редколлегию “Всемирной литературы”. В эти годы выпускает ряд сборников стихов. 5 декабря 1927 Ф. Сологуб скончался в Ленинграде.