Фредерік Лейтон народився 31 грудня 1830 року в Скарборо, графство Йоркшир. Його батько, Едвард Лейтон, викладав медицину, а дід був придворним лікарем російського імператора Олександра I. Лейтон мали досить великі статки, що дозволяло їм подорожувати по всій Європі. Ці подорожі, втім, були почасти вимушеними - мати Фредеріка страждала на ревматизм і їй було потрібно курортне лікування.
Освітою майбутнього художника займався його батько, що вчив сина латині і грецької, анатомії. Останній предмет згодом особливо став у нагоді Лейтон-портретист.
Лейтон почав малювати з дев'яти років, поправляючи після скарлатини. А вже в 1842 році він (набавив собі кілька років) надійшов до берлінської Академії мистецтв. Ще через три роки його прийняли в Академію мистецтв у Флоренції.
Однак він все ще не до кінця вірив, що стане художником. Здавалося, доля його була вирішена, вона підштовхувала його йти по стопах батька і діда - бути лікарем. На це сподівався і Лейтон-старший. Кінець його надіям поклав розмову з американським скульптором Пауерсом, якому Едвард Лейтон показав йому малюнки свого сина і спитав, чи варто того займатися живописом. Пауерс дав недвозначну відповідь: «Ви нічого не можете вдіяти, сер. Природа сама зробила за вас свій вибір ».
Серйозно писати Фредерік Лейтон почав у Франкфурті, де його сім'я влаштувалася в 1846 році. Тут він вступив до місцевого інститут культури. Але вже через два роки Лейтоном довелося покинути Франкфурт через революційні заворушення і переїхати в більш спокійний Брюссель, а потім, коли заворушення припинились, до Парижа. Незважаючи на ці переміщення, Лейтон продовжував свою освіту, серед його знайомих з'явилися представники світу мистецтва.
У 1850 році він разом з сім'єю знову опинився у Франкфурті і нарешті зміг завершити навчання. У Німеччині Лейтон приступив до роботи над першими масштабними полотнами (це були сцени з життя італійського живописця Чимабуе, що жив у другій половині XIII століття). Подібний вибір був характерний для художника, вихованого в традиціях академічної школи. Щоб краще вивчити творчість Чимабуе та інших великих італійців, Лейтон в 1852 році почав першу в своєму житті самостійну подорож. У листопаді того року він був уже в Римі. Ледве встигнувши акліматизуватися, з головою поринув у вихор світських задоволень, які в надлишку могло надати йому Вічне місто.
Керівницею Лейтона в його пригоди стала Аделаїда Сарторіс, відома оперна співачка. Набагато старша роками за свого протеже, вона виявилася для нього незамінним другом. Вони бачилися щодня. Деякі дослідники навіть вважають, що між співачкою і художником існувала романтичний зв'язок. Втім, ця гіпотеза документально не підтверджена. Потрібно відзначити, що Лейтон, легко сходячись з людьми і маючи товариський характер, ніколи не мав слави ловела. Цурався він і інших «пробачаємих слабкостей» - не захоплювався алкоголем, не палив і не грав в азартні ігри.
У салоні Аделаїди Сарторіс молодий живописець познайомився з багатьма чудовими людьми свого часу, в тому числі з письменником Вільямом Теккереєм. Особливо тісні дружні стосунки зав'язалися у нього з «поетичної» сім'єю Браунінг. Згодом Лейтон створив серію ілюстрацій до поем Елізабет Барретт Браунінг, а після смерті поетеси (в 1861 році) спроектував надгробок на її могилі.
Саме в Римі художнику вперше посміхнулася фортуна. У 1855 році він завершив роботу над своєю «Мадонною Чимабуе» і відіслав її до Лондона, на виставку Королівської Академії. Картина мала величезний успіх і була придбана королевою Вікторією за 600 гіней. Про Лейтона заговорили в артистичних колах Англії.
Логічно було б припустити, що в обставинах, що склалися художник перебереться до Лондона. Але він вважав за краще Париж. Відвідавши в 1855 році Всесвітню виставку в столиці Франції, Лейтон закохався в це місто. Наступні три роки він провів тут, вдосконалюючи свою майстерність. Провів з невеликими перервами. Укорінене в ньому з юних років «полювання до зміни місць» не давало йому довго залишатися в своїй паризькій майстерні і в 1857 році Лейтон їде до Алжиру. З цієї поїздки почалося його захоплення Сходом. Східні мотиви відтепер досить часто з'являються в його роботах. Надалі майстер побував в Сирії, Єгипті та Туреччині, але «екзотична подорож» 1857 року справила на нього найбільше враження.
У 1859 році Лейтон вже в Лондоні. Розкішний маєток, збудований для нього в 1864 році, недвозначно засвідчував про зростаючу популярність художника. У 1859 році одну з його картин придбав принц Уельський. Більш того, в особі принца художник знайшов не тільки престижного клієнта, а й вірного друга. Найясніша дружба багато допомогла Лейтону - він став отримувати замовлення від самих багатих і впливових англійців. Вже на початку 1860-х років його щорічний дохід становив близько 4 000 фунтів стерлінгів. Для порівняння - річний заробіток робітника не перевищував в той час 30 фунтів. У 1864 році становище Лейтона ще більше зміцнилося - він став членом Королівської Академії.
Але інтереси художника аж ніяк не обмежувалися живописом. Він любив музику, з захопленням організовував аматорські концерти. А в 1859 році в ньому раптово прокинулася тяга до військової справи. Майстер вступив у 20-й Добровольчий стрілецький корпус Міддлсекс, більше відомий як «Стрілецький корпус художників», і брав активну участь в житті свого підрозділу. У 1880 році Лейтону присвоїли звання полковника.
У 1869 році Лейтона призначили інспектором художніх шкіл при Королівської Академії. Посада виявилася досить клопіткою. Однак вона не завадила йому займатися головною справою його життя - писати картини. Найбільшим твором, створеним Лейтоном в ці роки, стали дві фрески «за індустріальними мотивами». Нині вони зберігаються в музеї Вікторії та Альберта.
1878 приніс Лейтон нові почесті і обов'язки. Його обрали президентом Королівської Академії і нагородили французьким орденом Почесного легіону. Тоді ж йому був наданий дворянський титул. У 1880 році уряд Італії запропонув майстру надіслати свій автопортрет для унікальної колекції автопортретів знаменитих живописців, яка зберігається в галереї Уффіци. А в 1896 році, перед самою смертю, Лейтон першим з британських художників удостоївся титулу барона.
Зовні життєвий шлях Лейтона виглядає прямим й безжурним. Але високе суспільне становище і блискучий успіх не захистили живописця від особистих втрат і негараздів. У 1879 році померла його давня подруга - Аделаїда Сарторіс. Цю смерть Лейтон переживав дуже важко. Втішився він в обіймах Дороті Дін, своєї нової натурниці? Стверджувати нічого не можна. З упевненістю можна сказати лише про те, що Дороті послужила моделлю для таких робіт Лейтона, як «Палаючий червень», «Полонена Андромаха» та «Сад Гесперид». Після смерті майстра вона отримала за його заповітом значну суму.
Крім того, відомо, що Лейтон завжди з задоволенням відвідував будинок батьків Дороті (вона народилася в бідному робочому кварталі Лондона), кажуть, що там він відпочиває душею, і займався освітою дівчини.
25 січня 1896 Лейтон помер. Труну з тілом майстра виставили в Королівській Академії, а 3 лютого Лейтона з усіма почестями поховали в лондонському соборі святого Павла.