Академик В. П. Безобразов писал:
Фёдор был сиротой с рождения — его мать Анна Доротея (урожденная Энгель) умерла при родах, оставив пятерых малолетних детей. Овдовевший отец женился во второй раз на молодой женщине, но, по всей видимости, неудачно — как писал в своей автобиографии Литке,
Уже в раннем детстве Фёдора отдали в пансион Мейера (1803—1808), а когда отец умер, то учёбу пришлось оставить — мачеха не стала платить за обучение.
До 15 лет жил в доме своего дяди Ф. И. Энгеля, члена Государственного Совета. Предоставленный самому себе, Фёдор не получил систематического образования, хотя и перечитал, по свидетельству его друга Фердинанда Врангеля, чрезвычайно много книг, чему способствовали «ненасытная жажда знаний, составлявшая отличительную черту его характера, и выдающиеся умственные способности».
В 1810 году одна из сестёр Фёдора вышла замуж за капитана 2-го ранга Ивана Сульменева, ставшего впоследствии адмиралом. Это определило дальнейшую судьбу мальчика. Во время Отечественной войны 1812 года Сульменев командовал отрядом балтийских парусно-гребных канонерских лодок. Когда отряд стал на зимовку в Свеаборг, к Сульменеву приехала жена с маленьким Фёдором. Мальчик все дни проводил на кораблях, а его любимыми книгами стали сочинения знаменитых мореплавателей. Убедившись, что Фёдор серьёзно решил стать моряком, Сульменев нанял учителей, которые знакомили его с основами математики и навигации. Юный гардемарин начал службу в отряде Сульменева. За смелость, находчивость и самообладание в боях против французских частей в Данциге под командованием Сульменева Фёдор Литке был награждён Георгиевским крестом и произведен в мичманы.
В 1817 году, узнав, что Василий Головнин собирается в кругосветный поход на шлюпе «Камчатка», Сульменев рекомендовал ему своего любимца. Плавание вокруг света считалось делом великой важности, и попасть в команду было большой честью. На шлюпе Литке встретился с бывшим лицеистом, другом Александра Пушкина, волонтёром Фёдором Матюшкиным, младшим вахтенным офицером Фердинандом Врангелем (будущим известным исследователем Арктики), гардемарином Феопемтом Лутковским. Все они страстно мечтали совершить кругосветное плавание и были счастливы, что Головнин взял их.
Плавание продолжалось с 26 августа 1817 по 5 сентября 1819. Шлюп «Камчатка» пересёк Атлантику, обогнул мыс Горн, далее через весь Тихий океан добрался до Камчатки, побывал во всех русских владениях Северной Америки, на Гавайских, Марианских и Молуккских островах, пересёк Индийский океан и, обогнув мыс Доброй Надежды, вернулся в Кронштадт.
Литке занимал на шлюпе пост начальника гидрографической экспедиции. Из двухлетнего плавания, по словам Литке, он вернулся «настоящим моряком». Литке и на шлюпе продолжал заниматься самообразованием — изучил английский язык, делал переводы, астрономические наблюдения и вычисления.
В 1821—1824 годах в ходе самостоятельных научных экспедиций на шестнадцатипушечном бриге «Новая Земля», которые ему поручили по рекомендации Головнина, Литке описал берега Новой Земли, сделал много географических определений мест по берегу Белого моря, исследовал глубины фарватера и опасных отмелей этого моря. В 1828 году была опубликована книга Литке «Четырёхкратное путешествие в Северный Ледовитый океан на военном бриге „Новая Земля“ в 1821—1824 годах», которая принесла ему известность и признание в научном мире.
В 1826 году Литке отправился командиром шлюпа «Сенявин» в новое кругосветное плавание, продолжавшееся три года. По результатам своим это была одна из наиболее успешных экспедиций первой половины XIX столетия: в Беринговом море определены важнейшие пункты берега Камчатки от Авачинской губы к северу; описаны до того неизвестные острова Карагинские, остров Матвея и берег Чукотской Земли; определены острова Прибылова; исследованы и описаны архипелаг Каролинский (открыты острова Сенявина), острова Бонин-Сима и многие другие. Занятый историческим и гидрографическим описанием результатов экспедиции, Литке часть своих научных материалов передал академику Э. Ленцу и гельсингфорсскому профессору Гельштрему. Первый напечатал в академических «Мемуарах» «О наклонности и напряжении магнитной стрелки по наблюдениям Литке», второй — «О барометрических и симпиезометрических наблюдениях Литке и о теплоте в тропических климатах».
По словам академика Безобразова, «После кругосветного плавания на „Сенявине“ имя Литке сделалось известным всему образованному миру и поставлено в ряду замечательнейших путешественников и мореплавателей нашего века». 25 августа 1829 года вернувшийся из плавания шлюп «Сенявин» был встречен в Кронштадте пушечным салютом. Сразу после возвращения его произвели в капитаны первого ранга (минуя чин). В 1829 Литке был избран членом-корреспондентом Академии наук, а в 1836 он получил Демидовскую премию за описание своих путешествий. В 1830 был награждён орденом Святого Георгия 4-го класса «за беспорочную выслугу, в офицерских чинах, 18-ти шестимесячных морских кампаний», 1830).
В 1832 Литке получил орден св. Владимира 3-й степени за руководство доставкой провианта через Данциг по Висле для действующей армии в Царстве Польском.
1 февраля 1832 Литке был назначен флигель-адъютантом, а в конце года стал воспитателем пятилетнего великого князя Константина Николаевича, которому его отцом, императором Николаем I, была назначена служба во флоте. Этому делу Литке отдал 16 лет.
Константин Николаевич полюбил море и с 1855 года управлял флотом и морским ведомством на правах министра. Именно ему после поражения в Крымской войне было суждено провести ряд важных реформ: заменить парусный флот паровым, сократить береговые службы, запретить во флоте телесные наказания и др. При императоре Александре II великий князь способствовал проведению первых реформ, включая отмену крепостничества, введение гласного суда и ограничение телесных наказаний. Очевидно, что все эти идеи зародились в воспитаннике не без влияния воспитателя.
В беседах с В. Я. Струве, К. М. Бэром, К. И. Арсеневым и бароном Ф. П. Врангелем у Литке появилась мысль об образовании Императорского русского географического общества, которое после его создания в 1845 году и возглавил Константин Николаевич.
В 1835 году Литке было присвоено звание контр-адмирала, в 1842 — генерал-адъютанта, в 1843 — вице-адмирала. В 1850 году вице-адмирал Литке был назначен главным командиром Ревельского порта и военным губернатором Ревеля.
Во время Крымской войны 1853—1856 Литке организовал действенную оборону Финского залива от превосходящих сил англо-французской эскадры, за что получил чин полного адмирала и был назначен членом Государственного совета.
В 1866 году «за долговременную службу, особо важные поручения и учёные труды, приобретшие европейскую известность», был возведён в графское достоинство.
Двадцать лет (с перерывом на службу в должности командира порта и военного губернатора в Ревеле и Кронштадте) Литке состоял вице-президентом Русского географического общества. Он также принимал деятельное участие в занятиях Николаевской главной обсерватории, одно время управляя её делами.
Велики были заслуги Литке и на посту президента Академии Наук (1864—1882). При нём были расширены средства главной физической обсерватории, метеорологической и магнитной обсерваторий в Павловске; увеличено число премий за научные и литературные произведения, улучшено состояние музеев, коллекций и других учёных пособий.
Почтовая марка СССР,
1947 год
Почтовая марка СССР,
1947 год
Почтовая марка СССР,
1976 год: ледокол «Ф. Литке»
Ф. П. Литке на почтовой марке России,
1992 год