Родился 12 февраля (24 н.с.) в Саратове в семье торговца-писчебумажника, поэта-самоучки. Детские и юношеские годы прошли в Саратове. В семь лет поступил в начальное училище, тогда же начал учиться игре на скрипке. В 1901 поступил в коммерческое училище.
Осенью 1905 вместе со всем классом участвовал в ученической "забастовке".
В 1907 бежал в Москву, заложив в ломбарде свою скрипку. Вскоре найденный отцом, возвращается домой, но, не желая работать в магазине отца, настаивает на продолжении образования и учится в коммерческом училище в Козлове (Мичуринск). Здесь благодаря преподавателям-словесникам по-новому перечитал произведения русской литературы, найдя в них "ни с чем не сравнимую отраду". Начал мечтать о писательской работе.
В 1911 поступил на экономическое отделение Московского коммерческого института. Студенческие годы заполнены были уже созревшим стремлением писать литературные произведения. Первые литературные опыты Федина были опубликованы в 1913 - 1914 в петербургском "Новом сатириконе" А. Аверченко.
Весной 1914 едет в Германию усовершенствоваться в немецком языке, живет в Нюрнберге, где его и застигла первая мировая война. Задержанный как гражданский пленный, был интернирован в Саксонию и жил там до самой германской революции (1918). Давал уроки русского языка, служил хористом и актером в театрах Циттау и Герлица. Попал в обменную партию пленных и осенью 1918 вернулся в Москву. Работал некоторое время в Народном комиссариате просвещения.
В 1919 живет и работает в Сызрани, редактирует газету "Сызранский коммунар", где приходилось писать и передовые статьи, и фельетоны, и театральные рецензии, вести городские репортажи и международный обзор. Революционные поволжские события 1919 дали ему огромный материал для писательского труда.
Осенью был мобилизован на фронт и оказался в Петрограде - в самый разгар наступления Юденича. Сначала был направлен в кавалерийскую дивизию, затем переведен в редакцию газеты "Боевая правда", где проработал помощником редактора до 1921. Сотрудничал в петроградской прессе, печатая статьи, фельетоны, рассказы, редактировал журнал "Книга и революция" (1921 - 24). В 1923 вышла первая книга Федина - сборник "Пустырь". В 1922 - 1924 написал роман "Города и годы" - один из первых советских романов о путях интеллигенции в революции и гражданской войне, ставший произведением советской литературной классики.
В 1928 совершил большую поездку по Норвегии, Голландии, Дании, Германии. Спустя три года, тяжелобольным, поехал в Швейцарию. Горький, дружеские отношения с которым сложились еще в 1920, познакомил Федина с Роменом Ролланом. В 1933 - 1934 побывал в городах Италии и Франции. Эти поездки дали толчок и материал для создания двух романов: "Похищение Европы" (1933 - 1935), "Санаторий Арктур" (1940). Во время Отечественной войны, в 1942, пишет пьесу "Испытание чувств".
В 1943 начинает работать над давно задуманной трилогией и к 1948 завершает два романа - "Первые радости" и "Необыкновенное лето", с интересом принятых читателями, работает над последней частью трилогии - "Костер" (1961 - 1965). В 1957 вышла книга "Писатель, искусство, время", где дает портреты своих друзей-современников (Горького, С. Цвейга, Роллана и др.). Были опубликованы мемуары "Горький среди нас" (1941 - 68). Умер К. Федин в 1977 в Москве.