Hijo de una ama de casa y de un representante de comercio, tuvo una hermana y un hermano.

Cursa en Rimini sus estudios primarios en la escuela del asilo San Vincenzo. Al año siguiente pasa a la escuela estatal Carlo Tonini. Es un niño tranquilo, al cual le gusta dibujar, jugar con su teatro de títeres, y, más adelante, leer las historietas en el semanario "Corriere dei Piccoli"

Siendo joven trabajó como dibujante en una editorial de Florencia y también escribió guiones para la radio y el cine.

Su primera experiencia profesional en el mundo del celuloide le llega cuando entra en el equipo de Roberto Rosellini y realiza con él "Roma, ciudad abierta", en 1945. Este reprentante del neorrealismo (aunque sus películas nunca perdieron cierto acento poético) se casó con la actriz Giuletta Masina a la que convirtió en heroína de sus películas a la que conoció en 1942 que por entonces era una joven actriz de teatro de prosa que formaba parte de una compañía de teatro cómico-musical.

Su obra destaca también por la mezcla de lo fantasioso con la realidad subjetiva, lo que le llevó, en algunas ocasiones, a acercarse más al surealismo que al neorrealismo. Dentro de esta línea está "Ocho y medio" y "Amarcord".

En la última etapa de su carrera Federico Fellini pecó de exceso de grandilocuencia, lo que le supuso ciertas dificultades a la hora de encontrar productores que se hicieran cargo de sus proyectos.

Fue nominado tres veces al Oscar al mejor director por las películas "Fellini-Satyricon" en 1970, "8 ½ Federico Fellini" de 1963, "La dolce vita" de 1961 pero sólo consiguió una estatuilla honorífica en 1992, un año antes de su muerte.

Sin embargo sus películas han tenido mayor suerte en la categoría de Mejor película extrajera, en las que se llevó el Oscar por "La Strada" en 1956, "Las noches de Cabiria" en 1957, "8 ½ Federico Fellini" en 1963 y "Amarcord" en 1974.