Родился в городе Батуми Аджарской АССР. Его родители — Николай Фёдорович и Микрула Софокловна — по национальности понтийские греки, в настоящее время проживают в районе Синдос города Салоники (Греция)[4].
С сентября 1983 года работал инженером (с февраля 1991 года — старшим инженером) 115-го отдела 11 отделения ГКБ НПО «Энергия». С ноября 1990 по июнь 1991 года являлся руководителем оперативной группы управления НИС «Космонавт Юрий Гагарин». Работал в Главной оперативной группе управления (ГОГУ) ЦУПа в качестве: ведущего программы резервного варианта, ведущего программы текущих суток, ведущего специалиста массивов цифровой информации системы управления движением, сменного руководителя группы планирования по грузовому кораблю «Прогресс». В 1995—1997 годах работал помощником руководителя полётом по программе «Мир-НАСА»[2].
Прошёл медицинское обследование в ИМБП, ранее в МСЧ 170, 15 октября 1996 года признан годным к специальным тренировкам. 28 июля 1997 года на заседании Государственной межведомственной комиссии (ГМВК) рекомендован к зачислению в отряд космонавтов РКК «Энергия», 14 октября назначен на должность кандидата в космонавты-испытатели отряда космонавтов РКК «Энергия». С 1998 по 1999 годы проходил общекосмическую подготовку (ОКП) в РГНИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина и успешно сдал все экзамены. 1 декабря 1999 года решением Межведомственной квалификационной комиссии (МВКК) ему была присвоена квалификация «космонавт-испытатель». 9 февраля 2000 года был назначен на должность космонавта-испытателя отряда космонавтов РКК «Энергия»[2].
С 7 февраля 2000 года проходил подготовку в РГНИИ ЦПК в составе группы космонавтов по программе МКС.
1 августа 2001 года на заседании МВК был утверждён в качестве российского члена экипажа STS-112 для полёта по программе ISS-9A. 17 августа 2001 года назначение было официально подтверждено НАСА. В сентябре 2001 года приступил к подготовке к полёту в Космическом центре имени Джонсона (США)[2].
В настоящее время является корреспондентом познавательной телепрограммы «Космонавтика» на круглосуточном информационном канале «Россия-24» и программы «Пора в космос!» на детском телеканале «Карусель». Принимал участие в работе над анимационным сериалом «Космические Юра и Нюра». Входит в экспертный совет журнала «Вестник ГЛОНАСС»[2].
В ноябре 2018 года возглавил центр «Космонавтика и авиация» в павильоне № 34 «Космос» на ВДНХ. В должности президента центра он активно развивает образовательную и просветительскую деятельность[5].
В ночь на 15 сентября 2019 года 60-летний Фёдор Юрчихин, старейший из действующих российских космонавтов, отстранён медицинской комиссией по состоянию здоровья; это решение «является окончательным», но должно быть подтверждено межведомственной комиссией[6].
В общей сложности Федор Юрчихин налетал 671 день 20 часов 39 минут, выполнил несколько выходов в открытый космос продолжительностью 59 часов 27 минут[2].
С 7 по 18 октября 2002 года совершил свой первый полёт на американском шаттле «Атлантис» STS-112 в качестве специалиста полёта. Проводил работы на орбите вместе с экипажем 5-й основной экспедиции МКС.
Во время полёта впервые в мировой практике, находясь на орбите, принимал участие в переписи населения.
В мае 2006 года Фёдор Юрчихин решением Роскосмоса, ЦПК и РКК «Энергия» в предварительном порядке был назначен в основной экипаж 15-й экспедиции на МКС вместе с Олегом Котовым и Клейтоном Андерсоном, в начале июня 2006 года Роскосмос и NASA окончательно сформировали экипажи МКС-15. Старт был запланирован на март 2007 года, но затем передвинут на апрель.
Стартовал 7 апреля 2007 года в качестве бортинженера корабля «Союз ТМА-10» и командира экипажа МКС по программе 15-й основной экспедиции, вместе с Олегом Котовым и Чарльзом Шимоньи (англ.Charles Simonyi). 9 апреля 2007 года «Союз ТМА-10» состыковался с МКС, и экипаж приступил к выполнению программы работ на станции.
Во время полёта совершил три выхода в открытый космос:
30 мая — продолжительностью 5 часов 25 минут, космонавты установили дополнительные противометеоритные панели на российском сегменте МКС и заменили старый высокочастотный кабель на новый;
6 июня — продолжительностью 5 часов 38 минут, на модуле «Пирс» смонтирована платформа с тремя контейнерами научной аппаратуры, проведены работы на модуле «Звезда»;
24 июля — продолжительностью 7 часов 41 минута, демонтирован резервуар для аммония.
21 октября 2007 года капсула с экипажем МКС-15 Олегом Котовым и Фёдором Юрчихиным, а также первым космонавтом (ангкасаваном) МалайзииШейхом Музафаром Шукором приземлилась севернее города Аркалык (Казахстан). При этом из-за повреждения кабеля, соединявшего пульт управления спуском с аппаратурой «Союза ТМА-10», спускаемая капсула перешла из управляемого режима в баллистический и приземлилась в 70 километрах от запланированного места посадки. Космонавты испытали перегрузки почти в девять единиц[7][8].
Стартовал 16 июня 2010 года в качестве командира космического корабля «Союз ТМА-19» и бортинженера экипажа МКС по программе 24-й и 25-й основной экспедиции вместе с астронавтами НАСАДаглас Уилок и Шеннон Уокер. 18 июня2010 года «Союз ТМА-19» состыковался с МКС и экипаж приступил к выполнению программы работ на станции. Во время полёта совершил два выхода в открытый космос: 27 июля 2010 года — продолжительностью 6 часов 43 минуты. Во время выхода космонавты Ф. Юрчихин и М. Корниенко произвели замену телевизионной камеры на агрегатном отсеке модуля «Звезда» и последующее выбрасывание старой, прокладку и подключение кабелей системы управления бортовой аппаратурой модуля «Рассвет» к модулю «Звезда», а также кабелей радиотехнической системы «Курс» модуля «Рассвет» к модулю «Заря»[9].
15 ноября 2010 года — продолжительностью 6 часов 27 минут. Во время выхода космонавты Ф. Юрчихин и О. Скрипочка обустроили на служебном модуле «Звезда» универсальное рабочее место для размещения научной аппаратуры российских и европейских экспериментов, а также установили мягкие поручни на модуле «Пирс», отключили и демонтировали телекамеру на модуле МИМ-1 «Рассвет» со стороны активного стыковочного агрегата. 26 ноября2010 года корабль «Союз ТМА-19» отстыковался от МКС и совершил мягкую посадку на территории Казахстана в 35 км юго-восточнее города Аркалык[10].
Дата посадки была перенесена на 4 дня раньше запланированного срока из-за закрытия воздушного пространства Казахстана, в связи с проведением Саммита ОБСЕ. Продолжительность третьего полёта Ф. Юрчихина составила 163 суток, 07 часов, 10 минут, 47 секунд[9].
Стартовал 29 мая 2013 года в качестве командира космического корабля «Союз ТМА-09М» вместе с Карен Найберг (США), Лука Пармитано (Италия)[13]. Уже менее чем через 6 часов корабль пристыковался к МКС[14]. После 163 суток в космосе вернулся на Землю 11 ноября 2013 года[15].
С 1 по 17 ноября 2016 года Фёдор Юрчихин, Джек Фишер, а также астронавт Паоло Несполи проходили на космодроме Байконур предстартовую подготовку в составе дублирующего экипажа ТПК «Союз МС-03»[16].
28 октября 2016 года Межведомственная комиссия Госкорпорации «РОСКОСМОС» утвердила[17] составы основных и дублирующих экипажей длительных экспедиций (МКС-51/52, 52/53, 53/54, 54/55) к Международной космической станции в 2017 году. Юрчихин Фёдор Николаевич назначен бортинженером экспедиции МКС-51, командиром экспедиции МКС-52 и командиром основного экипажа ТПК «Союз МС-04».
Стартовал 20 апреля 2017 года в 10:13 мск с «Гагаринского старта» космодрома Байконур в качестве командира экипажа космического корабля «Союз МС-04» (позывной — Олимп), бортинженера экипажа Международной космической станции по программе основной космической экспедиции МКС-51 и командира экспедиции МКС-52[18]. Вернулся на Землю, на территорию Казахстана в спускаемой капсуле корабля «Союз МС-04» вместе с астронавтами NASA Пегги Уитсон и Джеком Фишером 3 сентября 2017 года[19].
Орден «За заслуги перед Отечеством» II степени (13 ноября2018 года) — за большой вклад в развитие пилотируемой космонавтики, укрепление международного сотрудничества в области исследования и использования космического пространства[21]
Орден Дружбы (21 сентября 2003 года) — за успешное осуществление космического полёта в составе международного экипажа, укрепление дружбы и сотрудничества между народами[24]
Лётчик-космонавт Российской Федерации (21 сентября 2003 года) — за успешное осуществление космического полёта в составе международного экипажа, укрепление дружбы и сотрудничества между народами[24]
Коллекционирование марок и космических логотипов, спорт, история космонавтики, популяризация космоса, чтение исторической литературы, фантастики и классики.[20] Радиолюбитель с позывным RN3FI.[26]