Федор Толстой родился 21 февраля 1783 года в городе Санкт-Петербург. Появился на свет в семье начальника Кригс-комиссариата. Обучался он в Иезуитском училище и в Морском кадетском корпусе. Как вольнослушатель посещал Академию художеств в Санкт-Петербурге, где обучался у скульптора И.П. Прокофьева.
С 1804 года Федор полностью отдался живописи, оставив военную службу. В 1809 году он сотворил свою первую медаль «В память просветительной деятельности Чацкого». В 1810 году он назначается на работу в Монетный двор.
После победы России в Отечественной войне 1812 года Толстой сделал серию популярных медальонов, которые вошли в проект Александровской колонны на Дворцовой площади Санкт-Петербурга. В 1816 году он создал медальон «Народное ополчение».
В 1818 году Федор Петрович встал во главе Коренного Совета в декабристской организации «Союз Благоденствия». В 1849 году Толстой становится профессором Академии художеств за выдающиеся заслуги в области скульптурного творчества.
Принимал участие в оформлении Храма Христа Спасителя. Известен Федор Толстой и своими акварелями, которые представляют собой настоящие шедевры этого вида живописи.
Федор Петрович Толстой скончался 25 апреля 1873 года в городе Санкт-Петербург в возрасте 90 лет. Похоронен в Александро-Невской лавре на Лазаревском кладбище.