Fedor von Bock werd geboren op 3 december 1880 in Kustrin (tegenwoordig: Kostrzyn/Polen) en was de zoon van de legerofficier Moritz von Bock. Zijn moeder was een ver familielid van de latere Pruisische oorlogsminister en chef van de generale staf von Falkenhayn.
In 1898 voegde Von Bock zich na een officiersopleiding als luitenant bij het 5e Infanterie Garderegiment. Dienend bij dit regiment promoveerde Von Bock in 1905 tot bataljonsadjudant, in 1907 tot regimentsadjudant en in 1910 nam hij deel aan een opleiding om toe te treden tot de generale staf, waarin hij in 1912 als kapitein werd opgenomen. Een jaar later trad Von Bock toe tot de Generale Staf van het Gardekorps waarmee hij in 1914 ook begon aan de Eerste Wereldoorlog.
Tijdens de Eerste Wereldoorlog onderscheidde Von Bock zich als stafofficier en bataljonscommandant aan zowel het west- als het oostfront. Hij werd in 1916 tot majoor bevorderd en kreeg in april 1918 het Pour le Mérite uitgereikt wegens zijn uitstekende verdiensten tijdens het Duitse offensief in Picardië.
Na de oorlog werd Von Bock opgenomen in de Reichswehr waarin hij uiteindelijk opklom tot de rang van generaal der infanterie. In 1929 volgde een opname in de Generale Staf van Gruppenkommando 1 in Berlijn en in 1931 werd hij bevelhebber van Wehrkreis II in Stettin (tegenwoordig: Szczecin/Polen).
Toen Hitler in 1933 aan de macht kwam, stelde Von Bock zich neutraal op tegenover het nieuwe nationaalsocialistische regime. Na de reorganisatie en de herinvoering van de diensplicht en dus de uitbreiding van het Duitse leger kreeg Von Bock in 1935 het bevel over het nieuw opgerichte Gruppenkommando 3 in Dresden. In 1936 trouwde Fedor von Bock met Wilhelmine von der Osten. Uit dit huwelijk werd één dochter geboren.
Op 1 maart 1938 werd Von Bock bevorderd tot kolonel-generaal waarna op 12 maart Duitse troepen Oostenrijk binnenmarcheerden en de Anschluss realiseerden. Tijdens deze geweldloze invasie was Von Bock bevelhebber van het 8e Leger dat de voorhoede vormde van het Duitse bezettingsleger. Op 1 oktober van datzelfde jaar was hij als bevelhebber betrokken bij de Duitse geweldloze overname van het Sudetenland, waarna hij op 1 november het bevel kreeg over Heeresgruppe 1 in Berlijn.
Toen de oorlog in september 1939 begon, was Von Bock als commandant van Legergroep Noord betrokken bij de aanval op het nietige Polen. Legergroep Noord startte zijn offensief vanuit Pommeren en Oost-Pruisen. Na de succesvolle campagne kreeg hij het Ridderkruis omgehangen op 30 september 1939. In mei en juni 1940 was Von Bock bevelhebber van Legergroep B tijdens de aanval op Frankrijk en de Lage Landen. Na de klinkende overwinning op Frankrijk nam Von Bock deel aan de overwinningsparade bij de Arc de Triomphe in Parijs op 14 juni. Vijf dagen later werd Fedor von Bock door Hitler benoemd tot veldmaarschalk. In oktober 1940 werd hij benoemd tot militair bevelhebber van het door de Duitsers bezette Polen.
Tijdens Operatie Barbarossa die op 22 juni 1941 begon, was Von Bock bevelhebber van Legergroep Midden, de grootste van de drie Duitse legergroepen. Na de succesvolle omsingelingsacties bij Bialystok en Minsk stootte Legergroep Midden door in de richting van Smolensk en Moskou. Von Bock weigerde echter het beruchte commissarissenbevel uit te voeren. Von Bock lag ook overhoop met Hitler over de te volgen strategie. Von Bocks neef Henning von Treschkow probeerde Von Bock over te halen om zich uit te spreken tegen de terreur van de Einsatzgruppen en zijn steun te verlenen voor een staatsgreep, maar Von Bock wees dit af. In oktober kreeg hij als commandant van Legergroep Midden de kans om als de veroveraar van Moskou de geschiedenisboeken in te gaan. Maar Operatie Typhoon mislukte waardoor in december de meningsverschillen met Hitler escaleerden. Von Bock pleitte na de vernietigende Russische tegenaanvallen bij Hitler voor een tactische terugtrekking van het Duitse Leger. Het gevolg was dat hij door Hitler op 12 december met (vervroegd) pensioen werd gestuurd.
Maar na het plotseling overlijden van Walter von Reichenau werd Von Bock teruggeroepen en volgde Von Reichenau op als bevelhebber van Legergroep Zuid. Verscheidene Russische tegenaanvallen moesten in de kiem gesmoord worden. Tijdens het daaropvolgende Duitse zomeroffensief in juli 1942 kwam het opnieuw tot een aanvaring met Hitler. Von Bock was een fel tegenstander van het opdelen van Legergroep Zuid in Legergroep A en B voor de aanval op Stalingrad en de verovering van de Kaukasus. Opnieuw werd Von Bock de laan uitgestuurd (15 juli) en verwezen naar de reserve.
Von Bock leidde in de resterende jaren van de Tweede Wereldoorlog een teruggetrokken bestaan in Beieren. Na de dood van Hitler bood Von Bock zijn diensten aan bij de nieuwe (en laatste) rijksregering onder Dönitz in Flensburg. Maar in de laatste paar dagen van de oorlog sloeg voor Von Bock alsnog het noodlot toe. Op 3 mei 1945 werd hij in zijn auto aangevallen door jachtbommenwerpers van de RAF toen hij op weg was naar Flensburg in Schleswig-Holstein. Fedor von Bock raakte dodelijk gewond en stierf een dag later in het marinehospitaal in Oldenburg.
Veldmaarschalk von Bock voldeed niet aan het stereotype van de ouderwetse Pruisische veldmaarschalk. Hij deelde de visie van Heinz Guderian over de manier waarop de oorlog gevoerd moest worden, vandaar ook dat hij steeds overhoop lag met Hitler. Tijdens de Tweede Wereldoorlog hield veldmaarschalk von Bock een dagboek bij dat na de oorlog werd uitgegeven.