Князь Федор родился по разным сведениям в 1219 или 1220 году в Переславле-Залесском. Младенец Федор стал одним из первых князей на Руси, не получивших исконно славянского имени, обычно дававшегося князьям — только христианское. Более того, по святкам он был наречен Ярославом-Феодором и таким образом стал тезкой своего отца.
В 1225 году Феодор вместе с младшим братом Александром принял княжеский постриг — обряд посвящения в воины. Это событие состоялось в Спасо-Преображенском соборе Переславля-Залесского. Скорее всего, после пострига был совершен еще один ритуал: выведя княжичей из церкви, их посадили на коней. Наставником юных воинов стал воевода Федор Данилович.
В 1228 году Ярослав Всеволодович, княживший также в Новгороде, хотел отправиться походом на Ригу, на Ливонский орден. Но интриги псковичей, настроенных категорично против князя, и присоединившихся к ним новгородцев сорвали планы Ярослава. Отложив поход на будущий год, он уехал из Новгорода в Переславль-Залесский, оставив во главе города своих сыновей Федора и Александра. Непростым и недолгим оказалось первое княжение девятилетнего Федора и его семилетнего брата: осень выдалась дождливая и большая часть урожая сгнила на полях. Вода в Волхове вышла из берегов. Наводнение было настолько сильным, что снесло девять опор Великого моста.
Из-за голода, последовавшего за неурожаем, новгородцы попросили великого князя отменить забожничье (один из видов дани). Ярослав ответил отказом. В городе поднялся «мятеж велик». Опасаясь за свою жизнь, ночью 20 февраля 1229 г. княжичи с боярами тайно бежали из Новгорода. В таких затруднительных обстоятельствах новгородцы обратились к Михаилу черниговскому, который, прибыв в Новгород, по возможности умиротворил граждан и вскоре уехал, оставив там малолетнего сына своего Ростислава.
В 1230 году, когда новгородцы опять призвали его отца князя Ярослава,который торжественно клялся блюсти их вольности. Ярослав побыв две недели в Новгороде, посадил на княжение в Новгородской земле Фёдора вместе с Александром. Фёдор и Александр вновь были приняты в Новгороде, но уже как наместники Ярослава. В 1232 г., еще будучи подростком, Фёдор ходил с дядей Юрием Всеволодовичем на мордву.
В 1231 году в Новгороде свирепствовал голод, когда трупы лежали на улицах. По подсчетам историков, за два голодных года в городе умерло сорок две тысячи человек. В довершение бед весной случился большой пожар. В 1232 году новгородцы подняли мятеж против князя, да такой, что Ярославу пришлось, отложив все дела, спешить в Новгород для переговоров с восставшими. Все лето кипело восстание, а зимой к Ярославу пришло посольство из Пскова с просьбой дать им в князья старшего сына, Федора. В этом Ярослав отказал, а предложил им в князья сына Мстислава Удалого, Юрия, которого псковичи приняли с радостью.
В следующем 1233 г., в начале июня, среди приготовлений к брачному торжеству, Федор Ярославич скончался. Невестой была дочь Михаила Черниговского Евфросиния Суздальская, позже также канонизированная. Похоронен был в Георгиевском соборе Юрьева монастыря, у южного входа в храм.
Во время Русско-Шведской войны 1610–1617 годов, пришедшейся на период Смутного времени, Новгород, не желая подчиняться самозванцам и полякам, принял покровительство короля Швеции и фактически с 1611 года оказался под оккупацией со стороны шведских войск во главе с генералом Якобом Делагарди. В городе хозяйничали шведские солдаты и наемники. В 1616 (по другим данным — в 1614) году мародеры разграбили Георгиевский собор Юрьева монастыря.
Святые нетленные мощи его обретены в 1614 г., при нашествии шведов: одни говорят, что шведы разбили его гробницу инадругались над нетленным телом; другие же утверждают, что мощи были перенесены в новгородскийСофийский собор «для сохранения от неистовства врагов» — где и ныне почивают открыто. Время причтения князя Фёдора к лику святых неизвестно.
Служба благоверному князю составлена в 1787 году митрополитом Петербургским и Новгородским Гавриилом Петровым (+1801 г.).
В 1987 году археологи под руководством В. Л. Янина вскрыли захоронение «княжича Федора Ярославича». Позже было произведено исследование останков. Экспертиза установила: останки принадлежат мужчине 45-50 лет. Благодаря последующим раскопкам в Георгиевском соборе Юрьева монастыря и в Софийском соборе Новгородского кремля, установили, что останки принадлежат князю Дмитрию Шемяке.