Родился 9 октября 1899 года в деревне Лукшино Старицкого района Тверской области.
На военной службе в ВМФ с 1918 года. Окончил курсы при Петроградском коммунистическом вузе (1922) и параллельные классы при Военно-морском училище имени М.В. Фрунзе (1928). До 1918 года работал на судах Северо-Западного речного пароходства. Во время Гражданской войны и военной интервенции в России 1917–1922годах воевал матросом на кораблях Морских сил Балтийского моря и Северной военной флотилии.
После войны проходил службу в Морских силах Балтийского моря, Дальнего Востока (с 1935 года – ТОФ), Чёрного и Азовского морей в должностях командира катера, дивизиона, отряда и бригады торпедных катеров. В февраля 1938 года назначен командующим Амурской военной флотилией, участвовал в боях в районе озера Хасан. С марта 1939 года – командующий Черноморским флотом, который стал одним из немногих советских объединений, организованно встретивших вражеское нападение 22 июня 1941 года.
В годы Великой Отечественной войны Ф.С. Октябрьский умело осуществлял управление силами флота в совместных с сухопутными войсками оборонительных, операциях на приморских направлениях, был одним из руководителей героической обороны Одессы и Севастополя. В период 73-дневной обороны Одессы флот под его командованием обеспечивал морские перевозки боевой техники и личного состава в осаждённый город. На заключительном этапе обороны в неимоверно трудных условиях, с большим риском в период 1–16 октября 1941 года успешно проведена операция по эвакуации 35 тысяч войск Одесского оборонительного района, не имевшая аналогов в истории военно-морского искусства. Будучи командующим ЧФ, одновременно в ноябре 1941 – июне 1942 года Ф.С. Октябрьский являлся командующим Севастопольским оборонительным районом. Здесь наиболее ярко и всесторонне раскрылись его высокие организаторские способности и флотоводческий талант. Отлично понимая стратегическое значение Крыма и Севастополя не только для южного фланга советско-германского фронта, но и для судеб всей страны, он искусно руководил объединёнными силами флота и СВ, которые в течение 250 суток сдерживали натиск отборных фашистских войск, имевших многократное превосходство в живой силе и боевой технике. Стойкость, отвагу и массовый героизм защитников Севастополя и умелое руководство ими Ставка ВГК поставила в пример всем Вооруженным Силам.
Флотоводческие качества Ф.С. Октябрьского проявились также в ходе подготовки и проведения Керченско-Феодосийской десантной операции 1941-1942 годов –одной из самых крупных морских десантных операций Великой Отечественной войны. Она закончилась изгнанием противника с Керченского полуострова и созданием в конце января 1942 года нового, Крымского фронта, что значительно облегчило положение осаждённого Севастополя. Флот под командованием Ф.С. Октябрьского внёс значительный вклад в битву за Кавказ. Однако за ошибки, допущенные при обеспечении флотом высадки десантов в р-не южнее Озерейки и Станички (февраль 1943 года), в апреле Ф.С. Октябрьский снят с занимаемой должности и в июне 1943 года назначен командующим Амурской военной флотилией. С марта 1944 вновь возглавил ЧФ, который под его руководством активно содействовал войскам Отдельной Приморской армии и 4-го Украинского фронта в освобождении Крыма. В ходе Ясско-Кишинёвской операции (август 1944 года) успешно управлял силами флота, осуществлявшими поддержку приморского фланга 3-го Украинского фронта. Организовал высадку морских десантов в Констанцу, Варну и Бургас и овладение этими ВМБ.
После войны (до ноября 1948 года) продолжал командовать ЧФ. В 1948–1952 годах – 1-й заместитель главнокомандующего ВМС, начальник управления научно-исследовательских полигонов ВМС.
С ноября 1953 года –в отставке В 1957 году вновь призван в кадры ВМФ и назначен начальником Черноморского высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова, внёс заметный вклад в подготовку офицерских кадров ВМФ.
С сентября 1960 года – в Группе генеральных инспекторов МО СССР.
Депутат Верховного Совета СССР I иII созывов.
Награждён тремя орденами Ленина, тремя орденами Красного Знамени, двумя орденами Ушакова I степени, орденом Нахимова I степени, Суворова II степени, Красной Звезды, медалями и иностранными орденами.