Fredrik Ferdinand Carlson föddes i Alsike socken som son till häradshövdingenGustaf Carlson och Wendela Christina Borell; på fädernet tillhörde han Barkmanska släkten som ändrade släktnamnet från Barkman till Carlson till minne av att Karl X Gustav var gudfar till släktens förfader Carl Barkman.
Efter studier vid Uppsala universitet blev Carlson filosofie kandidat 1832 och filosofie magister 1833 samt reste därefter till Berlin där han studerade för Leopold von Ranke och lärde sig modern källkritik. Han utsågs till docent i allmän historia 1835, men efter två år lämnade han universitetet för att ta tjänst vid hovet som lärare åt Oscar I:s söner. Han befann sig ofta på resande fot, och under en vistelse i England stiftade han bekantskap med de liberala strömningen som gjorde sig gällande där. 1844 blev han adjunkt i historia och statistik, och fem år senare blev han Erik Gustaf Geijers efterträdare som professor i historia. År 1862 grundade han Historiska föreningen i Uppsala.
Som statsråd och chef för Ecklesiastikdepartementet verkade Carlson som anhängare av religionsfriheten, bland annat genom att försöka upphäva konventikelplakatet. Han blev som politiker emellertid främst ihågkommen för sina stora reformer av det svenska utbildningsväsendet.
Bland Carlsons bidrag till historievetenskapen hör perioden mellan Karl X Gustav och Karl XII, och han var den förste som satte utvecklingen i Sverige i samband med utvecklingen i övriga Europa. Till hans studier hör även flera statsvetenskapliga analyser över förhållandena under densamma tiden.
Carlson fortfor med sitt politiska värv långt in mot slutet av sitt liv. 2 mars1887 lät han bära sig till Första kammaren för att rösta emot spannmålstullar, och var då dödssjuk. Sexton dagar senare dog han.
Han var gift två gånger. Första hustrun var Beata Charlotta von Post (†1841) och andra Ulrika Christina Wahrolin. Med den senare hustrun fick han sönerna professorn i historia och statsvetenskap och riksdagsmannen Ernst Carlson och justitierådetGustaf Carlson. Hans barnbarn och deras ättlingar har återupptagit ett gammalt släktnamn och skriver sig Carlson Barkman.
^Svenska Akademin ledamotsregister: carlson-fredrik, läst: 20 juli 2020.[källa från Wikidata]
^Uppsala församlings husförhörslängd 1860–1864, s. 276
^Hedvig Eleonora församlings död- och begravningsbok 1885–1889, s. 505
^Förteckning å Högvördiga Ståndets vid innevarande Riksdag närvarande ledamöter, prästeståndets protokoll 23/10 1865
^Karlsson, Mats O., 1943-. - En demokratisk samhällsbyggare under 150 år : landstinget i Uppsala län / Mats O. Karlsson. - 2012. - s. 15 ISBN 9789188928962 (inb)