Федор Шехтель родился в Петербурге в семье обрусевших немцев. Когда ему было шесть лет, семья переехала в Саратов.
В 1875 году Шехтель окончил училище и переехал к матери в Москву. В доме Третьякова, где работала мать, он познакомился со многими культурными деятелями, среди которых был и известный архитектор Александр Каминский. Сначала он пригласил Федора работать в своей мастерской, а чуть позже юноша поступил в Училище живописи, ваяния и зодчества на архитектурное отделение.
Федору Шехтелю приходилось заботиться о больной матери и много работать, чтобы содержать семью. Времени на учебу почти не оставалось — и в 1878 году студента отчислили за «плохую посещаемость». В результате он не получил диплом архитектора, но работал в архитектурных мастерских Александра Каминского, Дмитрия Чичагова, Константина Терского.