Фёдор Михайлович был уроженцем села Перелучь Опочецкого района Псковской области. В 1915 году он поступил в Кронштадтскую школу юнг, после окончания которой служил на Балтийском флоте. В 1917–1920 годах, как деятельный участник Гражданской войны он дважды был избран членом Кронштадтского Совета матросских и солдатских депутатов.
В 1926 году Михайлов окончил мединститут, и начал вести медицинскую практику в Смоленской, Куйбышевской областях. В марте 1940 года он был назначен на должность рентгенолога Славутской районной больницы Каменец-Подольской области, а с 20 сентября — главным врачом Славутского родильного дома.
С началом Великой Отечественной войны, Ф.М. Михайлов был направлен на курсы переподготовки военных врачей. В октябре 1941 года под Полтавой он попал в окружение, не смог перейти линию фронта и вернулся в город Славуту, где работал главным врачом районной больницы. В это время он организовал подпольную организацию для борьбы с фашистами. При помощи местных патриотов Федор Михайлович объединил подпольные группы нескольких сел Славутского и Шепетовского районов в одну антифашистскую организацию, насчитывавшую в своём составе около 200 человек.
В декабре 1941 года он возглавил межрайонный подпольный комитет, который стал руководящим органом подпольной организации. Подпольщики прослушивали радиопередачи из Москвы и распространяли последние известия среди населения, выпускали патриотические листовки, размноженные на подпольной типографии (три печатные машинки и три радиоприёмника) в Славуте. В Славутской больнице подпольщики скрывали и лечили раненых советских военнослужащих. Участники подпольных групп организовывали диверсии. В середине мая 1942 года на железнодорожном участке между станцией Кривин и полустанком Бадовка они уничтожили эшелон с военной техникой и живой силой врага. 14 июня 1942 года по решению межрайонного подпольного комитета был создан партизанский отряд во главе с учителем села Стриганы Славутского района Антоном Захаровичем Одухой. Отряд вскоре вырос в крупное партизанское соединение.
22 июля 1942 года Ф.М. Михайлова арестовали фашисты. Две недели фашисты допрашивали советского подпольщика, но ничего не добились. 5 августа 1942 года Фёдор Михайлович Михайлов был казнен на территории районной больницы Славуты, где он работал.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 8 мая 1965 года за особые заслуги, мужество и героизм, проявленные в борьбе против немецко-фашистских захватчиков в период Великой Отечественной войны Михайлову Фёдору Михайловичу посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
На доме Славутской больницы, где трудился герой, установлена мемориальная доска. В городе Славуты Михайлову установлен памятник. В городе Ульяновске именем Героя названа улица, установлен бюст в его честь.
