Название получила от привратной церкви 1233 года. Сама церковь была построена и освящена в по поводу скоропостижной смерти накануне свадьбы четырнадцатилетнего брата Александра Невского — Фёдора Ярославича. В 1233 году башня ещё была проездной и выезд из неё вёл в западную часть Неревского конца. К 1302 году стала глухой. Выход из Детинца в Неревский конец к тому времени осуществлялся через Владимирскую башню.
Фёдоровская башня в современном виде была выстроена в конце XV века на старом фундаменте. В документах XVII века башня указана как «круглая башня подле часов», «круглая против Митрополичья саду».
В башне имелось пять боевых ярусов, перекрытых бревенчатыми настилами. В центре каждого яруса находился люк для подъема боеприпасов. Боеприпасы хранились в нижнем полуподвальном этаже. В стене этого этажа сохранились три первоначальных световых окна XV века. При осаде эти окна закрывались деревянными щитами. Фёдоровская и с ней только Митрополичья, башня не имеет декоративных украшений на фасадах. Фёдоровская башня охраняла Владычный двор с севера и запада. Вместе с Митрополичьей, она входила в сложный архитектурный ансамбль гражданских построек Владычного двора. Между башнями, примыкая к крепостной стене, располагалось гигантское по прошлому времени трёхэтажное здание архиепископского дворца. На тыльной стороне Федоровской башни до сих пор можно видеть следы заложенных дверных проёмов, которые вели из башни на второй и третий этажи дворца. В апреле 1914 года Реставрационная комиссия исследовала состояние объекта и рекомендовала провести реставрационно-восстановительные работы. Однако начавшаяся вскоре первая мировая войны помешала планам реставраторов. Башня незначительно пострадала во время Великой Отечественной войны. На её стенах с южной стороны отмечено несколько попаданий снарядов.
В 1957 году на Фёдоровской башне были проведены обширные реставрационные работы. В ходе этих работ на ней был обнаружен остаток единственного уцелевшего двурогого зубца, который и послужил в дальнейшем эталоном для восстановления остальных зубцов. Бойницы реставрированы по образцу XVII века и оставлены неизменными.
Доступ во внутренние помещения башни закрыт. В декабре 2009 года было заменено дощатое покрытие башенного шатра.
