1920-ban született az olaszországi Rimini városban, ahol apja ügyvédet szeretett volna faragni belőle, de ő inkább újságíróként vívta volna meg maga küzdelmeit. Már kisgyerekként elbűvölte őt a cirkusz varázslatos világa, de még annál is jobban a mozi, és szívesen készített karikatúrákat a vásznon látott filmsztárokról. Otthon pedig bábszínházat készített, melyhez maga varrta meg a jelmezeket. Képregényrajzolásból élt Firenzében, majd Rómában is, amikor különböző szerkesztőségekben dolgozott. 1944-től maga is írt forgatókönyveket, és Roberto Rossellinivel is összebarátkozott, kinek 1944 és 1953 között csaknem minden filmjében közreműködött. A közös munka és barátságuk hatására döntött úgy, hogy ő maga is filmrendező lesz, és ekkor alakult ki a hétköznapi élet és az egyén problémái iránti érdeklődése is. Magánélete 1943. október 23-án vett jelentős fordulatot, amikor összeházasodott Giulietta Masinával, akivel - a rendező félrelépései ellenére - 50 éven át elválaszthatatlan házas- és alkotótársak maradtak.
Első filmjét, A varieté fényei-t Alberto Lattuadával együtt rendezte, 1950-ben. A már egyedül készített A fehér sejk (1951) a szórakoztatóipar hamis mítoszát leplezte le, a sok önéletrajzi elemet tartalmazó A bikaborjak (1953) pedig a vidéki ifjak felszínes életformáját mutatta be, mély együttérzéssel.
Korai filmjei közt szerepel A varieté fényei (1950), A fehér sejk (1951), A bikaborjak (1953). Ugyancsak 1953-ban rendezte a Szerelem a városban egyik epizódját (Házasságközvetítő iroda). A nemzetközi elismerést azonban az Országúton című alkotás hozta meg számára, 1954-ben. Az ember megválthatóságába vetett hitet sugárzó trilógia első darabjában az őszinteség és tisztaság poétikus megtestesítője Gelsomina, Giulietta Masina felejthetetlen alakításában.
A Csalók (1955) a lelkében lakozó jónak utat engedő öregedő bűnöző melodrámája. A Cabiria éjszakái (1956) főszereplője, egy naiv és őszinte utcalány. Az édes élet (1960) epizodikus szerkezetű, szabadon áradó képekből felépített, barokkos látványvilágú film a korabeli Róma különböző társadalmi közegeit mutatja be. Ennek a korszaknak a stílusjegyeit hordozza magán a Doktor Antonio megkísértése (1961), Nyolc és fél (1963), Júlia és a szellemek (1965). Edgar Allan Poe ihlette Toby Dammyit (az 1967-es Különleges történetek egyik epizódja) a rendező szokatlanul drámai színezetű, erőteljes rémlátomása a magányról és a halálról. 1969-ben készült Fellini-Satyricon.
További filmjei: Bohócok (1970), Fellini-Róma (1971), Amarcord (1973), Fellini-Casanova (1976). A televízió számára forgatta a következő filmeket : Zenekari próba (1979), A nők városa (1980) . Ugyanebben az évben jelenik meg önéletrajza, a Mesterségem, a film. Az és a hajó megy...(1983) az első világháború felé haladó 20. századi emberiség metaforája. Ezután készítette a Ginger és Fred-et (1985), valamint az Interjút (1987). Utolsó filmje a részben Ermanno Cavazzoni regényéből, részben azonban legszemélyesebb emlékeiből ihletet merítő A Hold hangja mesébe ágyazza a Fellini-univerzum látomásait, azóta szellemi végrendeletté vált figyelmeztetéseit.
Élete végén sajnálta, hogy nem ment el a világ múzeumaiba, kedves mestereinek képeihez. Le nem forgatott filmjeit - a Pinocchiót, a Don Quijotét és a G. Mastrona utazásait - is gyászolta. A filmjeiért kapott Oscar-díjak után 1993 tavaszán egész életművéért is átvehette a kis szobrocskát. Hat hónappal később agyvérzés érte és kómába esett, melyből nem ébredt fel többé. Rómában halt meg, 73 éves korában.
