Родился в Кюстрине (ныне Польша) в семье офицера Морица фон Бока и его жены Ольги (урождённой фон Фалькенхайн), которая имела русские корни, сестры Эриха фон Фалькенхайна (в будущем — германского военного министра и шефа Генерального штаба).
В 1898 году, после получения кадетского образования, назначен, в чине лейтенанта, в 5-й пехотный гвардейский полк.
В 1904 году фон Бок стал батальонным адъютантом, в 1906 году — полковым.
С 1910 по 1912 год фон Бок был откомандирован в Академию Генерального штаба, после окончания которой в звании капитана направлен в распоряжение Генерального штаба.
В 1913 году назначен главным интендантом гвардейского корпуса.
С сентября 1914 года капитан фон Бок исполнял обязанности начальника оперативного отдела штаба гвардейского корпуса. Уже в сентябре 1914 года награждён Железным крестом 2-го класса, а в октябре 1914 — Железным крестом 1-го класса. В мае 1915 года переведён в штаб 11-й армии. С августа 1916 по март 1917 года — начальник оперативного отдела штаба дивизии. В декабре 1916 произведён в майоры. Затем — на штабных должностях в гвардейском корпусе и группе армий Кронпринца Германского. Награждён, помимо Железных крестов, ещё десятью германскими, австро-венгерскими и болгарским орденами. В апреле 1918 года за заслуги в ходе немецкого наступления в Пикардии, фон Бок был награждён главным прусским орденом «Pour le M?rite».
В Веймарской республике, несмотря на сокращение немецкой армии по Версальскому договору, фон Бок был оставлен в рейхсвере. Служил на различных штабных должностях, вплоть до начальника штаба округа, затем командиром пехотного батальона. В звании полковника повышается до командира пехотного полка. В 1929 году произведён в звание генерал-майор, назначен командиром кавалерийской дивизии. В 1931-35 годах, продолжая командовать дивизией, по совместительству командует Штеттинским военным округом. Получает звание генерала пехоты.
С 1933 года после прихода к власти в Германии НСДАП, сохранял нейтралитет в отношении нового режима. В 1935 фон Бок назначается командующим 3-й армейской группой. В 1936 году женится, рождается дочь. 12 марта 1938 года в ходе Аншлюса командовал 8-й армией, после чего получил звание генерал-полковника.
Во время германского вторжения в Польшу в 1939 фон Бок командует группой армий «Север». 30 сентября 1939 года награждён Рыцарским Крестом (№ 1).
В 1940 году командует группой армий «Б», которая с началом немецкого наступления на Запад оккупировала Нидерланды и Бельгию. 14 июня 1940 года после оккупации Парижа, фон Бок принимает парад вермахта у Триумфальной Арки. 19 июля 1940 года произведён в звание генерал-фельдмаршал.
Во время вторжения в СССР фон Бок получает командование группой армий «Центр», основной задачей которой был захват Москвы.
Преступления против гражданского населения СССР характеризовались фон Боком как «невозможные» и несовместимые с правами человека. Хеннинг фон Тресков (муж его двоюродной сестры, дочери генерала Эриха фон Фалькенхайна) обратился к нему с предложением принять участие в покушении на Гитлера, однако фон Бок это предложение отклонил.
В декабре 1941 года фон Бок открыто критически высказался о положении на фронте, что вызвало явное неудовольствие Гитлера. За провал наступления на Москву и последующий зимний кризис Гитлер возлагает ответственность на генералитет в целом, и на фон Бока — в частности.
12 декабря 1941 года на основании провальной зимней кампании и отступления немецких войск вследствие грубых тактических ошибок, фон Бок отстранён от должности командующего группой армий «Центр».
18 января 1942 года после внезапной смерти Вальтера фон Рейхенау, фон Бок назначен командующим группы армий «Юг».
Июль 1942: новые разногласия с Гитлером. Фон Бок сильно критикует раздробление группы армий «Юг» на Сталинградское и Кавказское направления, во время летнего наступления. 15 июля 1942 генерал-фельдмаршал фон Бок отстранён от командования группой армий «Юг» (официальная формулировка — по болезни) и отправлен в резерв фюрера.
В последующие годы Второй мировой войны фон Бок не принимает в ней активного участия и проживает в Баварии.
В мае 1945 года, после самоубийства Гитлера, фон Бок предлагает свои услуги новому правительству во главе с Карлом Дёницем. 3 мая 1945 года машина, в которой фон Бок ехал с женой, попала под обстрел английского самолёта на Кильском шоссе. На следующий день Федор фон Бок умер в госпитале от полученных ран.
В этом разделе представлены даты получения военных званий.