Fredrik fick en god uppfostran, och intresserade sig hela sitt liv för vetenskaperna, bland annat för alkemi, och blev grundare av det kungliga biblioteket i Köpenhamn. I samband med faderns planer på att bli Nordtysklands "generalbiskop", blev Fredrik biskop eller koadjutor i flera tyska stift, men denna maktställning grusades genom freden i Lübeck 1629. 1634 blev dock Fredrik ärkebiskop i Bremen och 1635 biskop i Verden, men genom kriget med Sverige 1643–1645 gick dessa förlorade, och 1647 avsade sig Fredrik sina anspråk, då efter den äldre broderns död utsikter att bli dansk kung yppat sig.[1]
I sina tyska länder var Fredrik illa omtyckt, men själv gav han ej upp tanken på att återvinna dem, och genom giftermålet med Sofie Amalie av Braunschweig-Lüneburg 1643 hade han ytterligare stärkt sina tyska förbindelser. Vid faderns död 1648 var Fredrik den givne tronkandidaten, men adeln fruktade den kalle, inbundne och härsklystne fursten och hans drottning, och hans strider med Anders Bille 1644–1645 hade ökat motviljan. Endast med svårighet och mot en mycket bindande konungaförsäkran lyckades Fredrik bli vald till kung.[1]
Redan från början var hans målsättning envälde, och genom störtandet av Hannibal Sehested och Corfitz Ulfeldt ökade hans makt. Genom krigen mot Sverige, för vilka Fredrik bar huvudansvaret, lyckades han få sin vilja om enväldesstyre infriat, om än på annat sätt än han tänkt sig.[1]