Félix naît en 1861 à Turin, d’un voyageur de commerce bourguignon et d’une suissesse. Ses études secondaires se déroulent à Mâcon. Il réussit en 1881 le concours de rédacteur au ministère de la Guerre et emménage à Paris. Son emploi de fonctionnaire lui permet dès lors de participer à de multiples revues (à celles citées ci-dessous, on peut ajouter La Revue wagnérienne, le Symboliste, L’Art moderne, La Cravache…) et de fréquenter au fil d’une vie bien remplie des symbolistes, des impressionnistes, des anarchistes et bientôt des antidreyfusards.
Il fonde La Libre Revue (8 place du Palais Bourbon) en 1883, devient rédacteur en chef de La Revue indépendante (basée 7 rue de Médicis puis 79 rue Blanche à la fin des années 1880) en 1884 et de La Vogue en 1886. La Vogue est dirigée par Gustave Kahn et publie en 1886 les Illuminations de Rimbaud et la plaquette remarquée Les Impressionnistes de Fénéon, dans laquelle il définit ce qu’il appelle le néo-impressionnisme.
Les années 1890 le voient se rapprocher des anarchistes. Fénéon collabore au Chat Noir, à La Plume, à L’Endehors (journal animé rue Bochart-de-Saron par son ami anarchiste Zo d’Axa auquel participent aussi Octave Mirbeau, Louise Michel, Bernard Lazare, Élysée Reclus, etc. Voir « Le journal L’Endehors« ), au Père Peinard, à la Revue anarchiste, à la Revue libertaire…
Ces journaux sont peu à peu interdits par le pouvoir. En 1894, la police découvre, dans son bureau au ministère, du mercure et des détonateurs qui appartiennent sans doute à l’anarchiste Émile Henry. Fénéon est arrêté et jugé. Thadée Natanson le défend… et l’embauche, après son acquittement, à La Revue blanche (basée 1 rue Laffitte entre 1901 et 1903).
Fénéon anime jusqu’en 1903 la revue créée en 1891 par les frères Natanson et y introduit ses amis anarchistes, écrivains et artistes: Zo d’Axa, Signac, Steinlen, Van Dongen…
Il trouve fin 1902 un emploi administratif au Figaro et devient en 1906 un des auteurs les plus réputés des « nouvelles en trois lignes » publiées dans Le Matin.
Il devient cette même année – et jusqu’en 1925 – un des directeurs de la galerie Bernheim-Jeune, située alors 25 boulevard de la Madeleine. Grâce à lui, Bonnard, Vuillard, Signac, Matisse, Van Dongen, etc. obtiennent un revenu minimum garanti.
Après la guerre, Fénéon succède à Cendrars à la direction des éditions de La Sirène. Il y publie en 1923 Dedalus de James Joyce.
L’ami de Jean Paulhan décède en février 1944, dans la maison de Chateaubriand qu’il habitait à la Vallée-aux-Loups, à Châtenay-Malabry.