Родился 23 марта 1765 г. (12 по старому стилю) (по другим данным – в 1763 г.) в имении отца в с. Козьмодемьянское Ливенского уезда Воронежской губернии (ныне с. Козьминка Ливенского района Орловской обл.) в дворянской семье.
Первоначально получил домашнее образование, затем в 1782 г. окончил Пажеский Его Императорского Величества корпус. Кроме того в 1786-1788 гг. совершил поездку в Европу, в ходе которой брал уроки немецкого и итальянского языков, математики, тактики и фортификации, посещал лекции в Геттингенском университете.
В 1775 г. по существовавшей в дворянской среде практике был записан в лейб-гвардии Преображенский полк. В 1787 г. получил чин поручика гвардии.
В 1786 г. в Берлине был посвящен в масонство, однако в последующие годы порвал с этим тайным обществом.
Участвовал в русско-шведской (1788-1790) и русско-турецкой (1787-1791) войнах. Во время последней служил под командованием генерал-аншефа Александра Суворова, принимал участие в штурме Очакова (1788), в сражениях при Фокшанах и Рымнике (1789).
В декабре 1791 г. в качестве протоколиста участвовал в работе Ясской мирной конференции, которой окончилась русско-турецкая война 1787-1791 гг. По завершении конференции был направлен в Санкт-Петербург ко двору императрицы Екатерины II с сообщением о заключении мира.
В 1792 г. получил придворное звание камер-юнкера и чин бригадира, начал придворную службу при дворах Екатерины II и ее наследника великого князя Павла Петровича (в 1796-1801 гг. – император Павел I).
С 1793 г. Федор Ростопчин стал одним из приближенных Павла Петровича, пользовался его доверием и покровительством. Заслужил особое расположение великого князя после конфликта с другими придворными, которых он обвинил в пренебрежении своими обязанностями. По решению императрицы в 1794 г. Ростопчин был на год сослан в свое имение, после чего вернулся к придворной службе. После смерти Екатерины II Ростопчин вместе с великим князем Александром Павловичем (будущим императором Александром I) и князем Александром Куракиным разбирал бумаги покойной.
В 1796 г. Федору Ростопчину было присвоено придворное звание генерал-адъютанта и чин генерал-майора. В 1797-1798 гг. он был начальником Военной походной канцелярии императора Павла I, фактически в его обязанности входило заведование всей военной частью империи. Редактировал новый военный устав, созданный по прусскому образцу.
В 1798-1801 гг. Федор Ростопчин был одним из наиболее влиятельных государственных деятелей павловского царствования. В 1799-1801 гг. он занимал должность главного директора Почтового департамента (отвечал в том числе за перлюстрацию частной корреспонденции), санкционировал расширение в России сети почтовых станций. В 1798-1799 гг. был третьим членом, в 1799-1801 гг. – первоприсутствующим в Коллегии иностранных дел (руководил внешнеполитическим ведомством). В 1798 г. получил чин действительного тайного советника (второй по старшинству в Табели о рангах), в 1799 г. был возведен в графское достоинство. В 1800-1801 гг. входил в Совет при Высочайшем дворе - высшее совещательное учреждение при монархе.
В 1798-1799 гг. участвовал в переговорах и заключении союзных договоров с участниками второй антифранцузской коалиции (Неаполитанским королевством, Великобританией, Португалией и др.). В 1800-1801 гг. вел дипломатическую подготовку к присоединению Грузии к Российской империи.
Федор Ростопчин был лидером т. н. русской партии при дворе, сторонником приоритета национальных интересов во всех сферах государственной жизни. По свидетельству современников, культурный космополитизм сочетался в нем с мировоззрением русского националиста. Ростопчин был противником тесных союзнических отношений с европейскими державами, которые считал изначально враждебными России. Главного внешнеполитического соперника он видел в Великобритании, активно участвовал в изменении внешнеполитической линии Павла I в 1799-1800 гг., отказе от союзнических и торговых отношений с этой страной.
В 1800 г. Ростопчин подписал с российской стороны конвенцию о вооруженном нейтралитете между Россией, Пруссией, Швецией и Данией, фактически направленную против Великобритании. В том же году разработал одобренный Павлом I секретный план раздела Османской империи между Россией, Священной Римской империей германской нации, Пруссией и Францией, одной из целей которого было ослабление английского влияния в Европе и на Ближнем Востоке.
В феврале 1801 г. в результате борьбы придворных группировок Федор Ростопчин был уволен со всех государственных постов.
В 1800-х гг., после убийства императора Павла I членами "английской партии" в марте 1801 г., Ростопчин находился в оппозиции либеральному курсу императора Александра I. Занимался хозяйством в собственных имениях, писал публицистические работы, в которых критиковал российское общество за космополитизм, галломанию, увлечение масонством. Выступал против отмены крепостного права, видя в освобождении крестьян революционную угрозу. Критиковал проекты преобразований, инициированные советником императора Михаилом Сперанским.
В 1809 г. при содействии сестры Александра I великой княгини Екатерины Павловны Ростопчин попытался вернуться на государственную службу. Он был принят императором, который поручил графу провести ревизию московских богоугодных заведений. По окончании ревизии Ростопчин получил придворный чин обер-камергера (1810) с правом не приезжать в Петербург, что означало не желание монарха видеть его при дворе.
В 1811 г. Ростопчин подал императору через Екатерину Павловну "Записку о мартинистах", в которой писал об опасности, которую представляют тайные общества для государства и монархии, а также о возможности использования российского масонства в подрывных целях французским императором Наполеоном Бонапартом.
В мае 1812 г. Федор Ростопчин был назначен Московским военным губернатором с управлением по гражданской части Московской губернией. Тогда же он получил чин генерала от инфантерии.
С июля 1812 г. по август 1814 г. – Московский главнокомандующий. Во время Отечественной войны 1812 г. формировал Московское губернское ополчение, организовал эвакуацию из Москвы государственных учреждений, ценностей, а также около 25 тыс. раненых и больных. Особую роль в своей деятельности отводил патриотической пропаганде, печатая и распространяя прокламации (афиши), по стилю изложения доступные городским обывателям. Произвел депортацию из Москвы иностранцев, масонов и других неблагонадежных элементов. Вывел из Москвы личный состав пожарных команд и средства пожаротушения, что способствовало распространению пожаров в городе после отступления русских войск. Обвинялся политическими противниками в организации поджогов в столице, при этом сам неоднократно отрицал подобные обвинения. После ухода французов из Москвы вернулся в город, занимался налаживанием мирной жизни, доставкой продуктов, предотвращением эпидемий (в Москве были сожжены более 23 тыс. тел погибших, на Бородинском поле – еще более 90 тыс. человеческих и конских трупов). При Ростопчине в Москве были начаты работы по восстановлению городской застройки, реставрации разрушенного французами Кремля.
В 1812-1823 гг. Федор Ростопчин был сенатором, в 1814–1823 гг. – членом Государственного совета.
В 1815-1823 гг., после отставки с поста Московского главнокомандующего, он жил в Европе, в основном в Париже.
Осенью 1823 г. по возвращении в Россию Ростопчин подал прошение о полной отставке, которое было удовлетворено в том же году.
30 (18) января 1826 г. Федор Ростопчин скончался в Москве после продолжительной болезни. Он был похоронен на столичном Пятницком кладбище.
Почетный любитель Академии художеств (1799), почетный член Общества любителей российской словесности (1812) и Общества истории и древностей российских (1825).
Был награжден орденами Святой Анны I-III степеней (1796), Святого Александра Невского (1797) и алмазными знаками к нему (1798), Святого Андрея Первозванного (1799), большого креста Святого Иоанна Иерусалимского (1799), а также несколькими иностранными орденами.
Автор книг "Мысли вслух на Красном крыльце, с приложением письма Силы Андреевича Богатырева к одному приятелю в Москве" (1807), "Вести, или убитый живой. Комедия в одном действии" (1808), "Ох, французы!" (1808-1812), "Правда о пожаре Москвы" (1823), "Записки о 1812 годе" (1825) и др. В 1800-е гг. написал большое количество сатирических комедий, которые сразу по прочтении в кругу близких друзей уничтожал.
Владел английским, итальянским, немецким и французским языками.
Был с 1794 г. женат на фрейлине, дочери Калужского губернатора Екатерине Протасовой. В их семье было пятеро детей. Сыновья - Сергей (1796-1836), штаб-ротмистр Кавалергардского полка, и Андрей (1813-1892), шталмейстер Высочайшего двора, служил при Главном управлении Восточной Сибири. Дочери - Наталья (1797-1866), супруга Таврического губернатора, покровительствовала художнику Ивану Айвазовскому; Софья (1799-1874), жила во Франции, вышла замуж за графа Эдмона де Сегюра, писала книги для детей; Елизавета (1807-1824).