Федор Михайлович родился в 1898 году в деревне Белый Луг Ладыгинской волости Опочецкого уезда, в бедной крестьянской семье. После окончания церковно-приходской школы батрачил. После гражданской войны окончил рабфак, а затем Ленинградский медицинский институт. Работал в органах здравоохранения Ивановской и Куйбышевской областей. В 1940 году коммуниста Михайлова направили главным врачом Славуцкой городской больницы Каменец-Подольской области.
В первый день войны военврач второго ранга Ф. М. Михайлов был назначен начальником военно-полевого госпиталя 6-й армии Юго-3ападного фронта. В районе Полтавы отдельные части 6-й армии попали в окружение. Все попытки пробраться к своим были безуспешны. Федор Михайлович переоделся в крестьянскую одежду, пробрался в Славуту, где стал снова работать врачом больницы. Вскоре он приступил к созданию подпольной антифашистской организации. Подпольщики развернули активную деятельность. Они собирали оружие и боеприпасы, проводили диверсии, вели агитационную работу среди населения и военнопленных. В ряде населенных пунктов проводили прием радиопередач из Москвы. Под крышами больницы Михайлов лечил бежавших из плена красноармейцев, в так называемом «тифозном отделении, куда боялись заходить для проверки немцы.
Весной 1942 года окружным подпольным партийным комитетом был создан партизанский отряд. Фашистскому гестапо удалось напасть на след подпольщиков. Немецкой комендатурой раскрыта подпольная «тифозная» палата. Они арестовали Михайлова и десятерых его товарищей. Пытки не сломили патриотов. 2 августа 1942 года гитлеровские палачи казнили Михайлова Федора Михайловича на территории больницы в городе Шепетовке. Его последними словами были: «Да здравствует Советская власть! Смерть гитлеровцам!».
На базе Славуцко-Шепетовской подпольной организации выросло крупное подпольное соединение, названное именем Ф. М. Михайлова.
8 мая 1965 года Указом Президиума Верховного Совета СССР Федору Михайловичу Михайлову посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.