С 1876 года учился в московском Училище живописи, ваяния и зодчества, которое не закончил. Работал в книжной и плакатной графике. Оформлял театральные спектакли. В начале 1880-х годов работал помощником у архитекторов А. С. Каминского и К. В. Терского.

В 1901 году на Международной выставке в Глазго строил четыре павильона русского отдела в духе национального романтизма, которые считал самой лучшей своей работой.


Самыми известными постройками Шехтеля являются особняк Рябушинского (1902-1906, в настоящее время музей Горького) и здание Ярославского вокзала (1890-1910) в Москве.

Фотографии работ Ф.О. Шехтеля см. в разделе "Фотогалерея"