Era hijo de Sancho Garcés III, llamado "El Mayor", rey de Pamplona, y de Doña Muniadona, hermana de García Sánchez de Castilla, del cual heredó Fernando el Condado de Castilla en 1029. Tradicionalmente se le ha considerado el primer Rey de Castilla y fundador de la monarquía castellana, y muchos historiadores siguen manteniendo esta tesis. No obstante, parte de la historiografía más actual considera que Fernando no fue rey de Castilla.

Fernando casó en 1032 con Sancha, la prometida de su difunto tío, obteniendo como dote las tierras comprendidas entre los ríos Cea y Pisuerga. En 1037, Bermudo III tomó por mujer a Jimena, hermana del difunto conde García, y reclamó las dichas tierras, lo que condujo a la guerra entre ambos cuñados. Algunos autores consideran que fue entonces cuando el conde Fernando cambió su título por el de "rey de Castilla".

Al morir Bermudo sin descendencia, era su hermana Sancha, esposa de Fernando, su sucesora en el trono. Sin embargo,los leoneses tardaron algún tiempo en aceptar a los nuevos monarcas. Durante meses el conde Fernando Flaínez (tío de Rodrigo Díaz de Vivar según la teoría de Margarita Torres), se negó a entregar la ciudad a quien consideraba un usurpador, si no un asesino. Según la Crónica Silense, Fernando llegó desde Galicia, posiblemente después de someter a los magnates gallegos. Finalmente, tras segurar su posición en la Curia Regia, Fernando y su esposa entraron pacíficamente en León, y "en la era de M.LXX.VI a X de las kalendas de julio (22 de junio de 1038) fue consagrado don Fernando en la iglesia de Santa María de León y ungido rey por Servando, obispo de feliz recordación de dicha iglesia".

Fue enterrado en el Panteón real de San Isidoro que él había construido, junto a la tumba de su padre, Sancho el Mayor, Rex Pirinaeorum montium et Tolosae (aunque Sancho tiene otro sarcófago en Oña). Sobre el cobertor de su tumba grabaron el siguiente epitafio:

"Aquí está enterrado Fernando Magno, rey de toda España, hijo de Sancho rey de los Pirineos y Tolosa. Trasladó a León los cuerpos santos de san Isidoro arzobispo, desde Sevilla, y de Vicente mártir, desde Ávila, y construyó esta iglesia de piedra, la que antes era de barro. Hizo tributarios suyos, con las armas, a todos los sarracenos de España.Se apoderó de Coimbra, Lamego, Viseo y otras plazas. Se adueñó por la fuerza de los reinos de García y Vermudo. Falleció el 27 de diciembre de (la era) 1103".

A su muerte, en vez de respetar el derecho visigodo y leonés que impedía dividir las posesiones reales entre los herederos, siguió los principios jurídicos navarros de considerar al Reino como un patrimonio familiar. Así, de forma similar a cómo hiciera su padre con él y el resto de hermanos y hermanastros, repartió sus territorios entre todos sus hijos. Según su testamento: su primogénito Sancho II de Castilla heredó el reino principal y patrimonial de Castilla, que le había sido dado por su padre Sancho Garcés III de Navarra, y las parias de Zaragoza. El resto de sus dominios los repartió entre los demás hijos: Alfonso recibió el reino de León y las parias de Toledo, García el de Galicia, el territorio portugués y las parias de Badajoz y Sevilla. A sus hijas, además del señorío sobre todos los monasterios del reino, a Elvira le correspondió el señorío de la ciudad de Toro y a Urraca, la plaza de Zamora.

Casó con Sancha de León, hija de Alfonso V de León y hermana de Bermudo III de León. De esta unión nacieron:

- Urraca (c. 1033 - 1101), señora de Zamora.
- Sancho (1038 - 1072), rey de Castilla como Sancho I, y de León como Sancho II (1065-1072).
- Alfonso (1040 - 1109), rey de León (1065 - 1072) y de León y Castilla (1072-1109), como Alfonso VI.
- Elvira, señora de Toro.
- García (1042 - 1090), rey de Galicia (1066 - 1071 y 1072 - 1073).

Fueron educados, como su padre, en estudios liberales, y cuando alcanzaron edad suficiente, los varones fueron ejercitados en carreras ecuestres "a la usanza española", en el manejo de las armas y en la caza, en tanto que a las hijas se las instruyo en toda ocupación propia de las mujeres de la época.