Н.Ф. Федоров родился 7 июня (26 мая) 1829 г. в селе Ключи Елатомского уезда Тамбовской губернии (ныне Сасовский район Рязанской области), принадлежавшем его отцу князю Павлу Ивановичу Гагарину. В свидетельстве о крещении указано, что его матерью была «дворянская девица Елизавета Иванова». В этом гражданском браке родились четверо детей – Елизавета, Юлия, Александр и Николай. По мнению исследователя жизни и творчества философа О.Б. Поповой-Муратовой, настоящее имя матери Н.Ф. Федорова – Макарова Елизавета Ивановна. Этот вывод сделан на основании того, что обе дочери, рожденные в этом союзе, носили фамилию Макарова. Сыновьям была дана фамилия Федоровы и отчество Николаевич по имени восприемника – крестного отца – Федора Карловича Белявского и священника – Николая Федорова. 

В 1836 г. Александр и Николай Федоровы были приняты в Шацкое уездное училище. Данное учебное заведение предназначалось прежде всего для детей купцов, обер-офицеров и дворян, многие из которых здесь готовились к поступлению в гимназию. Курс обучения был рассчитан на три года, но учились Федоровы шесть лет, первые три из которых – в приходском училище. В 1842 г. оба брата получили свидетельства об окончании училища и по прошению брата отца, уездного предводителя дворянства Константина Ивановича Гагарина, поступили в Тамбовскую мужскую гимназию. Учились Федоровы очень хорошо, были в числе первых учеников. В эти годы определились наклонности Александра и Николая: первый блистал в точных науках, физике и математике, второй – в дисциплинах гуманитарного курса. 

В начале июля 1849 г. Федоровы окончили полный гимназический курс и в августе поступили в одесский Ришельевский лицей: Александр – на физико-математическое отделение, Николай – на камеральное. В 1837 г. лицей был преобразован в высшее учебное заведение университетского типа как по составу предметов, качеству преподавания, так и по правам лицеистов. Были открыты физико-математическое и юридическое отделения, получившие статус университетских факультетов. В 1841 г. прибавилось первое в России камеральное отделение. Созданное на основе кафедры сельского хозяйства, оно готовило специалистов по естественным и хозяйственным наукам. Для всех отделений было установлен трехлетний срок обучения. 

Федоровы дошли до второго курса и сдали за него экзамены, однако по протоколу совета лицея от 19 марта 1851 г. Николай Федоров «из числа студентов уволен вследствие просьбы», а 28 ноября Александр пишет прошение «об увольнении его по домашним обстоятельствам». В этом году умер дядя Константин Иванович Гагарин, содержавший их во время учебы в гимназии и лицее, отец разорен и живет с новой семьей в своем имении Сасово и братья Федоровы теряют материальную возможность продолжать обучение. 

1851 год, внешне обозначенный смертью дяди и уходом из лицея, явился важным рубежом в жизни Федорова. Именно к этому времени исследователи жизни и творчества Н.Ф. Федорова относят первые попытки философского осмысления проблем жизни и смерти, родства и сиротства, которые всегда волновали Николая Федоровича. 

В конце 1853 г. Федоров по результатам испытаний на педагогическом совете Тамбовской гимназии был удостоен звания учителя истории и географии уездного училища. 30 марта 1854 г. дирекция училищ Тамбовской губернии Харьковского учебного округа довела до сведения штатного смотрителя Липецкого уездного училища, что «Высочайшим приказом по Гражданскому ведомству 23 минувшего февраля, окончивший курс в Тамбовской гимназии, Федоров определен в службу учителем истории и географии Липецкого уездного училища». В этом качестве Николай Федорович проработал с 23 февраля 1854 г. по 27 января 1857 г. После увольнения он уезжает в Москву, а с октября 1858 г. определяется учителем истории и географии в уездное училище города Богородска (ныне Ногинск) Московской губернии, одновременно преподавая те же предметы в женском училище 2-го разряда. Здесь в марте 1864 г. состоялось знакомство Николая Федоровича с учителем арифметики и геометрии Николаем Павловичем Петерсоном, который впоследствии станет его преданным последователем, учеником и первым биографом. 

В июне 1864 г. Федоров подает прошение об отставке и переводится в город Углич Ярославской губернии. Через полгода Николай Федорович увольняется и, после десятимесячного перерыва в работе, поступает на должность учителя в городе Одоеве Тульской губернии, но через три месяца, 26 ноября 1865 г. переводится в Богородицк Тульской губернии. 

Весной 1866 г. Федоров был задержан полицией как близкий знакомый членов ишутинского кружка революционно настроенной молодежи, в частности, Н.П. Петерсона и М.Н. Загибалова, в связи с покушением 4 апреля 1866 г. на царя Александра II. После трехнедельного ареста Николай Федорович был освобожден за отсутствием вины. 

С конца ноября 1866 по апрель 1867 г. Федоров преподает в Боровском уездном училище Калужской губернии. С 11 июля 1867 по 23 апреля 1868 г. работает учителем истории и географии в Подольском уездном училище. А в мае 1869 г. ученик и друг Н.Ф. Федорова Н.П. Петерсон, переезжая из Москвы в город Спасск Тамбовской губернии на постоянное жительство, рекомендует Николая Федоровича на свою должность помощника библиотекаря в Чертковской библиотеке. 

Это единственное в своем роде книгохранилище носило имя нумизмата, историка и археолога, собирателя и организатора коллекции А.Д. Черткова, бывшего в течение многих лет председателем Общества истории и древностей российских при Московском университете. Должность библиотекаря в то время занимал историк и археограф П.И. Бартенев – редактор, а затем и издатель историко-литературного сборника «Русский архив», первый номер которого вышел в 1863 г. Вся энергия издателя была направлена к тому, чтобы выявить и опубликовать возможно большее количество исторических и литературных документов XVIII и XIX столетий. Материалы для своего журнала Бартенев черпал из государственных московских архивов: архива Министерства юстиции и главного архива Министерства иностранных дел, сенаторского архива, московских Публичного и Румянцевского музеев и др. Особое место в издании занимали публикации документов из частных архивов. Редактируя многочисленные и разнообразные материалы, Бартенев почти каждый документ сопровождал своими примечаниями и довольно значительными предисловиями. За четыре года, в течение которых Федоров работал под руководством Бартенева, Николай Федорович прошел прекрасную профессиональную школу, впитал огромный объем знаний, в Чертковке было положено начало формирования «необыкновенного библиотекаря» Румянцевского музея. 

В конце 1872 г. Чертковская библиотека была передана Москве и в 1873 г. переведена в здание Московского публичного и Румянцевского музеев. Н.Ф. Федоров, как и П.И. Бартенев, уже не будучи сотрудником библиотеки, еще некоторое время продолжал сотрудничество в «Русском архиве», вычитывал корректуры, выполнял другую работу по подготовке номеров журнала к печати. 

В конце зимы 1874 г. Федоров переезжает в город Керенск Пензенской губернии, где в то время служил Н.П. Петерсон. Здесь Федоров работает параллельно в архиве Съезда мировых судей и Керенской публичной библиотеке. Летом 1874 г. Николай Федорович едет в Москву с целью обследования архивов в поисках материалов о Керенском уезде. Во второй половине сентября хранитель отделения рукописей и старопечатных книг Румянцевского музея А.Е. Викторов рекомендует Федорова библиотекарю музея Е.Ф. Коршу как возможного кандидата на должность дежурного чиновника при читальном зале. И уже в конце ноября 1874 г. Николай Федорович становится сотрудником центрального хранилища книг, рукописей и документов России, каким уже был в то время Румянцевский музей. На протяжении двадцатипятилетней службы в библиотеке музея Федоров занимал должность дежурного чиновника при читальном зале, противясь всякому повышению, которое не раз предлагала ему дирекция. Однако уже с конца 1870-х гг. он практически исполнял функции заведующего каталогом. 

В годы служения Федорова в Румянцевсском музее, за которым «не было видно ни личной жизни, ни службы в обычном смысле», по словам историка Г.П. Георгиевского, библиотека превратилась в почти платоновскую академию. После закрытия читального зала и по воскресеньям в каталожной собирались выдающиеся деятели русской культуры – Л.Н. Толстой, В.С. Соловьев, А.А. Фет, Н.Н. Страхов, В.В. Верещагин, Л.О. Пастернак, Ф.И. Буслаев и др. Говорили о вере и знании, о судьбах культуры, о путях России и мира, и «звучало среди разлада мыслей и тумана сомнений умиротворяющее слово «учителя», способное вместить разнообразие направлений и объединить кажущиеся противоречия своею совершенно исключительною синтетическою способностью», – так вспоминал об этих встречах последователь и ученик Федорова В.А. Кожевников. 

Николай Федорович рассматривал свою работу в библиотеке музея «как священное дело». Сохранение мировой памяти, письменных источников прошедшего и проходящего на глазах, возможно более целесообразная, системная организация этого сохранения осмыслялись у него единой целью. В то же время он считал, что миссия библиотеки не должна ограничиваться только сохранением «памяти человечества». Библиотека, по его мнению, – не «кладбище» книг, а «открытая книга». Собрание письменных памятников в библиотеках является «передачею в высшую инстанцию, в область исследования, в руки потомков». Учение Федорова о библиотеках неразрывно связано с его «Философией общего дела», непосредственно вытекает из установки воскрешения отцов через благодарную память сынов. 

Желание отдать оставшиеся годы жизни исключительно Делу было истинным мотивом ухода Николая Федоровича из библиотеки Румянцевского музея. Официальное увольнение по прошению об отставке последовало 15 сентября 1898 г. Федоров отправляется в Воронеж, где служит Петерсон и намеревается поселиться здесь на постоянное жительство. Однако уже в феврале 1899 г. Федоров оформляется у пристава Сергиева Посада, живет в доме Бурцева на Московской улице. В августе этого же года он прибывает в Асхабад (ныне Ашхабад), куда переводят по службе Петерсона. В конце августа-сентябре Петерсон и Федоров предпринимают путешествие к предгорьям Памира, посещают Самарканд и Ташкент. В начале 1900 г. Николай Федорович уезжает из Асхабада. 

Последние пять лет жизни философа были очень плодотворными: он напряженно работает над своими рукописями, готовя их к публикации. Весной 1902 г. велась подготовка к изданию однотомника его трудов в издательстве «Скорпион». Но Федоров отказался от выпуска книги, узнав, что издатель собирается продавать ее «по очень высокой цене», в то время, как сам Николай Федорович был противником торговли печатным словом. 

В последние годы жизни Федоров вынужден вновь поступить на службу; в 1901–1903 гг. он – вольнотрудящийся при Московском главном архиве Министерства иностранных дел. Здесь он встретил глубокое уважение к своим деловым и личным достоинствам, был согрет вниманием, поистине родственным отношением, которого ему недоставало всю жизнь. 

Умер Николай Федорович Федоров 15 декабря 1903 г. в Мариинской больнице для бедных. Погребение состоялось на кладбище московского Скорбященского монастыря. В 1929 г. кладбище было снесено, ныне это район улицы Новослободской. 

Федоров был создателем учения, обосновавшего новое эволюционное представление о человеке и его задаче во Вселенной. Человек, по его мысли, призван возглавить развитие универсума, направить его в соответствии с понятием о высшем идеале, должном бытии. Его дело – сознательная регуляция природы: овладение стихийными, слепыми силами материи, перестройка собственного несовершенного организма, выход в космос и, наконец, вершина регуляции, в которой сосредоточиваются все ее усилия – победа над смертью, возвращение к жизни всех ушедших в небытие. 

После кончины Федорова его ученики и последователи Н.П. Петерсон и В.А. Кожевников, которому Николай Федорович завещал свои рукописи, приступили к подготовке издания его работ. Был проведен огромный объем работ по разборке и систематизации философского наследия Федорова. И в 1906 г. в городе Верном (ныне Алматы) вышел первый том «Философии общего дела» в количестве 480 экземпляров. По завету Федорова, книга была издана не для продажи, часть тиража разослали по библиотекам, часть оставили для рассылки по заказу. Второй том был издан в 1913 г. в Москве. Велась подготовка к публикации третьего тома, но первая мировая война, Октябрьская революция, а также смерть обоих издателей помешали его выходу в свет. 

Конец XX века отмечен появлением устойчивого интереса ученых многих стран к творчеству Н.Ф. Федорова. На родине философа его сочинения стали переиздаваться с начала 1980-х годов. 18–19 мая 1988 г. в городе Боровске Калужской области были проведены Первые Всесоюзные Федоровские чтения, ставшие впоследствии традиционными. В 1993 г. в Москве на базе Центральной библиотечной системы «Черемушки» (при центральной детской библиотеке № 124) был создан музей-библиотека Н.Ф. Федорова. В 2003 г. в Белграде (Сербия) был проведен Международный конгресс «Космизм и русская литература. К 100-летию со дня смерти Н.Ф. Федорова». В этом же году в декабре состоялись 9-е Международные научные чтения памяти Федорова, организаторами которых выступили Институт мировой литературы им. А.М. Горького РАН, Российская государственная библиотека, МГУ им. М.В. Ломоносова и Музей-библиотека Н.Ф. Федорова. В рамках мероприятия 9 декабря в РГБ была открыта памятная доска, посвященная 25-летнему служению Федорова в книгохранилище Румянцевского музея, фонды которого легли в основу нынешнего собрания РГБ. 21–23 ноября 2007 г. состоялись Юбилейные 10-е Международные Федоровские чтения. 5 июня 2008 г. в Боровске прошли 11-е Международные научные чтения памяти Федорова «Земля – ноосферная территория», приуроченные к 20-летию Федоровских чтений. 18–23 мая 2014 г. состоялись 15-е Международные научные чтения памяти Н.Ф. Федорова в Рязани, Сасово, Ключах, Шацке, Москве.