Tras la temprana muerte de Enrique I y la abdicación de su madre, obtiene en 1217 el reino de Castilla. Tuvo que enfrentarse a la casa de los Lara por una revuelta nobiliaria. Tras casarse con Beatriz de Suabia (1219), se dedicó preferentemente a dirigir las campañas conquistadoras, combinando hábilmente las acciones diplomáticas con beneficiosas intervenciones bélicas que se valían de las discordias existentes en los distintos reinos musulmanes.

A la muerte de su padre Alfonso IX en 1230, tuvo que luchar por el trono de León, ya que éste legó su reino a Sancha y Dulce, hijas de su primer matrimonio con Teresa de Portugal. Tras una reunión con las dos princesas, Teresa de Portugal y Berenguela de Castilla se aprobaba la inviabilidad del testamento de Alfonso IX y del traspaso de la corona de León a Fernando (además de una compensación a Dulce y Sancha con la cesión de tierras que se reincorporarían a Castilla cuando éstas murieran), pasando a ser Rey de Castilla y León, y anexionándose el reino taifa de Murcia (1243). Por otra parte, estableció las fronteras con Aragón en el Tratado de Almizra (1244) y repartió las nuevas tierras conquistadas entre las órdenes militares, la Iglesia y los nobles, lo que dio lugar a la formación de grandes latifundios.

Ganó a los moros gran parte del territorio de la actual comunidad autónoma de Andalucía, exceptuando el Reino de Granada, siendo importantes las tomas de ciudades como Baeza (1227), Úbeda (1233), Córdoba (1236), Jaén (1245) y Sevilla (1248).

Fundó las catedrales góticas de Burgos y León.

Fue un verdadero modelo de gobernante, de creyente, de padre, esposo y amigo. Emprendió la construcción de la catedral de Burgos y de varias catedrales más. Fernando protegió mucho a las Comunidades religiosas y se esforzó porque los soldados de su ejército fueran instruidos lo mejor posible en la religión católica. Instauró el castellano como idioma oficial de la nación y se esmeró porque en su corte se le diera importancia a la música y al buen hablar literario (Su hijo el rey Alfonso el Sabio, será un gran literato y declarará que su saber se lo debe en gran parte al interés que su padre tenía porque su instrucción fuera la mejor posible).

De su primera esposa, Beatriz, tuvo siete hijos varones y una hija. Cuando murió su primera esposa, él se volvió a casar y en su segundo matrimonio tuvo otros cinco hijos. Y a todos se esmeró por darles la más esmerada educación y una muy buena formación religiosa. Uno de sus hijos nos dejó un altísimo elogio de su buen padre y entre otras cualidades cuenta las siguientes: Hábil jinete, ágil cazador y buen jugador de ajedrez. Amaba mucho la música y era un buen cantor, pues tenía una hermosa voz. Apoyaba mucho los conjuntos musicales y él mismo compuso canciones a la Virgen María. En su charla era muy ameno, y apoyaba mucho a los artistas, especialmente en la construcción de hermosas catedrales.

El Papa Gregorio Nono, lo llamó «Atleta de Cristo», y el Pontífice Inocencio IV le dio el título de «Campeón invicto de Jesucristo».

Sobre su tumba escribieron este epitafio: «Aquí yace el muy honrado rey Fernando que conquistó y libertó a toda España. Fue el más leal, el más franco, el más humilde, el más respetuoso hacia Dios, el más servicial con los demás, y el que siempre supo honrar y pagar muy bien a sus amigos».

El Papa Clemente X lo canoniza en 1671 siendo el primer rey español que es elevado a la santidad. Su hijo Alfonso le sucedió en el trono como Alfonso X, apodado el Sabio.