Friedrich Fülleborn nasceu em Kulmbach, atual West, Alemanha, no dia 13 de setembro de 1866. Formado em medicina pela Universidade de Berlim, estudou também antropologia e trabalhou como assistente de Rudolph Virchow. Em 1894 esteve nos Estados Unidos, a serviço da Real Academia Prussiana de Ciências, para estudar a embriologia de algumas espécies de peixes. De 1896 a 1900 serviu como médico oficial do exército alemão nas colônias da África Oriental. Nesse período, estudou a fauna das montanhas Kinga e Nyasa, na Tanzânia, e os costumes das populações locais.

Em 1901, já de volta à Alemanha, integrou-se ao recém-criado Instituto de Doenças Marítimas e Tropicais de Hamburgo. Atuando inicialmente como professor, assumiu em pouco tempo o Departamento de Helmintologia do órgão. No biênio 1908-1909, comandou, ao lado de Augustin Krämer (1865-1941), uma expedição antropológica pelas possessões alemãs no Pacífico Sul. Com a eclosão da Primeira Guerra Mundial, foi novamente recrutado pelo exército de seu país. Durante operação realizada na localidade de Mons, França, foi gravemente ferido. Posteriormente, foi designado especialista em malária e higiene para as tropas alemãs estabelecidas na Macedônia.

Durante a década de 1920, Fülleborn empreendeu viagens de estudo às Índias Ocidentais e à América do Sul. Visitou também a África Oriental, a Índia e o Japão. Em 1930, sucedeu a Bernhard Nocht na direção do Instituto de Doenças Marítimas e Tropicais de Hamburgo. Foi também professor da Universidade de Hamburgo e um dos fundadores da Sociedade Alemã de Medicina Tropical.
Faleceu no dia 9 de setembro de 1933.