Фёдоровская башня получила своё название от церкви, построенной в 1233 году. Церковь была возведена и освящена в память о неожиданной смерти четырнадцатилетнего Фёдора Ярославича, брата Александра Невского, накануне его свадьбы. В 1233 году башня была проездной, и через неё можно было выехать в западную часть Неревского конца. К 1302 году она стала глухой, а выход из Детинца в Неревский конец осуществлялся через Владимирскую башню.

Современный облик Фёдоровская башня приобрела в конце XV века, когда её построили на старом фундаменте. В документах XVII века она упоминается как «круглая башня подле часов» и «круглая против Митрополичья саду».

Башня имела пять боевых ярусов с перекрытиями из бревен. В центре каждого яруса находился люк для подъёма боеприпасов, которые хранились в полуподвальном этаже. В стенах этого этажа сохранились три оригинальных окна XV века, которые при осаде закрывались деревянными щитами. Фёдоровская и Митрополичья башни не имели декоративных украшений на фасадах. Фёдоровская башня защищала Владычный двор с севера и запада и вместе с Митрополичьей входила в архитектурный ансамбль гражданских построек Владычного двора. Между башнями, примыкая к крепостной стене, стояло трёхэтажное здание архиепископского дворца. На задней стороне Фёдоровской башни до сих пор видны следы заложенных дверных проёмов, которые вели на второй и третий этажи дворца. В апреле 1914 года Реставрационная комиссия рекомендовала провести реставрацию, но начавшаяся Первая мировая война помешала этим планам. Во время Великой Отечественной войны башня пострадала незначительно, на её южной стороне зафиксированы несколько попаданий снарядов.

В 1957 году на башне провели обширные реставрационные работы, в ходе которых был найден остаток единственного уцелевшего двурогого зубца. Он стал образцом для восстановления остальных зубцов. Бойницы были восстановлены по образцу XVII века и оставлены без изменений.

Доступ во внутренние помещения башни закрыт. В декабре 2009 года было заменено дощатое покрытие башенного шатра.