Apját, a moszkvai szegénykórház orvosát 1839-ben saját jobbágyai verték agyon, ami hatalmas traumát okozott Dosztojevszkijnek, epilepsziája is ekkortájt kezdődött. A pétervári Hadmérnöki Intézet hallgatójaként kezdett írni, első kisregényét, az 1845-ös Szegény embereket a kritika lelkesen fogadta. Az 1846 és 1849 közötti időszak pétervári témájú elbeszélései azonban mérsékeltebb sikert arattak.

1849-ben a francia utópista szocializmussal kacérkodó Petrasevszkij Kör tagjai között őt is letartóztatta a cári rendőrség. Golyó általi halálra ítélték, a vesztőhelyen azonban közölték, hogy a cár kegyelméből "csak" szibériai száműzetés vár rá. Az omszki erődbe került négy év kényszermunkára, majd Szemipalatyinszkban teljesített katonai szolgálatot. A száműzetés évei alatt vette feleségül a beteges és kissé egzaltált Maria Iszajevát, akivel hét évig élt boldogtalan házasságban.

1859-ben visszatérhetett Szentpétervárra. Dosztojevszkij börtönélményei hatására ekkor már mélyen hívővé vált, ifjúkori radikalizmusa helyébe a fennálló rend iránti tisztelet és az egyszerű emberek messiási küldetésébe vetett hit lépett. Vremja című lapjában jelentette meg a börtönévek iszonyatát felidéző Feljegyzések a holtak házából, majd a Megalázottak és megszomorítottak című regényeit. A siker lehetővé tette, hogy ellátogasson Angliába, Németországba, Franciaországba és Itáliába. Nem sokkal később szerelme, Polina Szuszlova oldalán újra külföldre utazott, hogy leküzdhetetlen játékszenvedélyét kielégítse - ebből az élményből született később A játékos című kisregénye.

1864-ben több csapás is érte: meghalt a felesége és a bátyja, lapját betiltották, sokat veszített a szerencsejátékon, erejét megfeszítve kellett dolgoznia, hogy tartozásait visszafizesse. 1866-ban befejezte Bűn és bűnhődés című regényét, amelynek alapötlete valószínűleg még a börtönévek alatt született meg benne. E művével vált világhírűvé, egyes kritikusok szerint ha csak ezt az egyetlen regényt írta volna, akkor is a világirodalom egyik legnagyobb alakja lenne.

1867-ben feleségül vette Anna Sznyitkinát, akivel regényei gyorsírásos lejegyzése során ismerkedett meg. Anna nagy szeretettel és melegséggel gondoskodott betegeskedő férjéről, külföldi útjaira is elkísérte. Az író Firenzében fejezte be A félkegyelmű című regényét, 1872-ben megírta egyik legnagyobb hatású regényét, a megtörtént esetet feldolgozó Ördögöket, majd - már hazatérése után - A kamaszt, amely saját bevallása szerint is gyengébbre sikerült a többi nagyregényhez képest.

Az 1870-es évek végén Dosztojevszkij egészsége megromlott, de még sikerült befejeznie A Karamazov testvéreket, amelyre egész életében készült. Néhány hónappal a regény megjelenése után, 1881. február 9-én Szentpétervárott meghalt.