Родился 27 февраля в селе Каргат Томской губернии. Мать Марина Максимовна и отец Филипп Семенович зарабатывали на жизнь крестьянским трудом. Фёдор был самым младшим ребенком. В семье также воспитывались брат Михаил и сестра Александра. Когда юноше было восемь лет, они остались сиротами. Мать умерла от брюшного тифа, а четырьмя гадами ранее отец погиб от рук разбойников.
Фёдора и старшего брата Михаила забрал на воспитание дедушка по линии отца. Живя у деда юноша посещал школу, но только после окончания сезонных работ, с поздней осени до ранней весны.
Из воспоминаний об учебе в сельской школе: «Учась в школе, я не имел ясного представления о степени своей успеваемости, так как отметки за ответы нам не ставились, а если и ставились, то не объявлялись. Но однажды учитель позабыл журнал в классе, и мы получили возможность заглянуть в него. Там мы обнаружили два списка, в которых фамилии располагались не по алфавиту, а по успеваемости учеников, начиная с наиболее успевающих и кончая самыми слабыми учениками. Один список принадлежал законоучителю, а другой – учителю. Священник отец Петр Ацеров, преподававший Закон Божий, считал лучшим учеником в старшем классе второгодника Свешникова, я в его списке занимал второе место. В списке учителя наши фамилии были расположены уже в обратном порядке. Таким образом, я узнал, что учитель считает меня по успеваемости первым учеником».
На решение продолжить образование повлиял брат Михаил. Он был на четыре года старше Фёдора и после смерти матери взял на себя заботы о воспитании младшего брата. После окончания сельского училища юноша поступил в приходское учебное заведение города Каинска.
В 14 лет Фёдор Ларионов пошел учиться в уездное училище, которое готовило будущих учителей. После приходского училища сдать туда экзамены не составило особого труда. В 1893 году поступил в Омскую учительскую семинарию. По окончании учебного заведения его направили в Тобольское уездное училище. Там Ларионов отработал год в должности учителя чистописания, рисования и черчения.
Позже Ларионов писал об учителях этой специализации: «Ученики, как правило, не признавали авторитета учителя чистописания и часто, попросту говоря, издевались над ним на его уроках. Поэтому понятно, что каждый такой мученик педагогического дела старался как можно скорее избавиться от преподавания злополучных предметов и перейти на другую работу».
В 1897 году Фёдору Филипповичу предложили должность учителя русского языка в Березовском уездном училище. В небольшом северном городке будущий ученый проработал до 1914 года. Женился на Марии Андреевне Протопоповой, дочери Обдорского рыбопромышленника. Стал первым библиотекарем общественной читальни при училище. С 1903 по 1905 год Фёдор Филиппович прошел обучение на естественном отделении физико-математического факультета Петербургского университета. В семье Ларионовых родились два сына: Леонид и Вячеслав. Оба впоследствии связали свою жизнь с научно-педагогической деятельностью.
Фёдор Филиппович углубился в изучение естественных наук. Для Тобольского губернского музея собрал коллекцию растений и насекомых. В течение пяти лет он заведовал метеостанцией в городе Березове. Получил звание член-корреспондента Главной физической обсерватории. В 1913 году участвовал в экспедиции по реке Казым. Компанию ему составил Рихард Поле, известный ботаник и географ, исследователь Российского Севера.
В 1914 году преподавателя Ларионова направили в Тюмень, где он принял руководство Вторым высшим начальным училищем. С 1914 по 1919 год учреждение размещалось в здании первого высшего начального училища (Тюменское уездное училище) на улице Подаруевской (теперь улица Семакова).
На момент вступления в должность Фёдор Филиппович уже имел награды – Орден святого Станислава III степени (1910), медали «в память 25-летия церковно-приходских школ» (1909) и «в память 300-летия царствования Дома Романовых» (1913).
По состоянию на 1916 год жалованье надворного советника Ларионова составляло 960 рублей в год. Надбавка за заведование составляла 300 рублей, квартальная премия – 300 рублей. К жалованью была еще прибавка за выслугу лет в размере 540 рублей. По тем временам весьма достойная зарплата.
С 1 октября 1915 года Фёдор Ларионов по совместительству преподавал педагогику и методику русского языка в восьмом классе Женской гимназии. За четыре урока он получал зарплату в размере 240 рублей.
В Тюмени Фёдор Филиппович проработал шесть лет. В 1920 году органами советской власти его снова командировали на Север, но уже в качестве губернского инструктора школ нацмен (т. е. национальных меньшинств). В течение года Ларионов ездил по школам, анализируя состояние образования на Севере. Многое его удручало. В Тюмень вернулся в 1921 году в качестве преподавателя биологии, химии и методики естествознания Тюменского педагогического техникума.
С именем Ларионова связаны первые сборы растений, положившие основу гербарной коллекции Тюменского государственного университета. В период с 1932 по 1940 год он работал в должности старшего преподавателя и доцента на химико-биологической кафедре Агропедагогического института (будущий тюменский университет). Вел дисциплины по биологии, зоологии беспозвоночных животных, методике естествознания, руководил педагогической практикой.
Коллегой Фёдора Филипповича Ларионова по вузу был известный тюменский фотограф Тарас Климентьевич Огибенин, который заведовал кафедрой химической лаборатории. Под руководством Ларионова студенты готовили тотальные препараты беспозвоночных: губки, гидры, нематоды, ленточные черви и другие, сформировали коллекцию эктопаразитов животных. Материал активно использовался для демонстрации при проведении занятий.
Коллекция растений, собранная Ларионовым и его сыновьями хранится в Тюменском государственном университете и насчитывает 136 образцов. Растения были собраны в период с 1913 по 1935 год, большей частью на территории современной Тюменской области, включая автономные округа.
Помимо преподавательской деятельности Фёдор Ларионов публиковался в журнале «Красные вехи», который выходил в Тюмени в 1920-е годы. Научные интересы автора – естествознание, краеведение, образование.
Начало Великой Отечественной войны застало семью Ларионовых в Минске. Туда они уехали в связи с назначением старшего сына Леонида на должность заведующего кафедрой патологической физиологии Минского медицинского института. Здесь Фёдор Филиппович преподавал в институте усовершенствования учителей, работал старшим научным сотрудником в институте школ.
В оккупации Фёдор Филиппович приступил к «Семейным хроникам» – документальному описанию сибирского периода жизни. Но случилось так, что написанные ранее статьи сгорели, пришлось писать по памяти. После смерти Фёдора Филипповича работу над «Семейными хрониками» завершала его жена. Путь к чтению мемуаров открыл березовский краевед Александр Константинович Михайленко. Он с разрешения потомков Ларионовых перепечатал рукопись и отправил в Березово.
Из воспоминаний внучки Фёдора Филипповича: «Дед диктовал, а бабушка писала. Помню их исписанные толстые коленкоровые тетради, постоянную переписку с Сибирью. Письма были обстоятельными и пронумерованными, шел кропотливый сбор материалов. Писали они историю края, с которым тесно переплелась их жизнь».
Скончался Фёдор Филиппович Ларионов 1 августа 1951 года. Похоронен на Серафимовском кладбище в городе Санкт-Петербурге.