Entré à la Comédie-Française en 1921 ; sociétaire en 1931 ; retraité en 1942 ; pensionnaire de 1950 à 1954.

D'origine belge, engagé volontaire durant la guerre de 1914, délaissant une vocation religieuse, il aborde le théâtre en amateur. En 1919, il entre au Conservatoire de Paris, dans la classe de Raphaël Duflos, et remporte un deuxième prix de Comédie en 1921. Il suit alors Madeleine Roch en tournée et est appelé à la Comédie-Française pour jouer les grandes « utilités ».
Fernand Ledoux débute dans La Robe rouge de Brieux et pendant plus de dix ans cumule les rôles secondaires. Il accède au sociétariat en 1931 et joue dès lors des rôles plus importants, notamment ceux de Léon Bernard (il lui succède dans Monsieur Lepic de Poil de Carotte de Jules Renard). Dans le répertoire classique, il joue les Géronte de Molière et de Regnard, les barbons de Molière et de Beaumarchais, Monsieur Orgon du Jeu de l'amour et du hasard, Polonius dans Hamlet, Valentin dans La Belle Marinière de Marcel Achard...

Avec l'arrivée d’Édouard Bourdet à la tête de la Comédie-Française et l'avènement des metteurs en scène du Cartel, cet acteur essentiellement « moderne », au talent fait de simplicité, d'autorité et de naturel, s'impose dans les personnages contemporains de Pirandello (Ponza dans Chacun sa vérité), Mauriac (Blaise Couture dans Asmodée) et Claudel (Toussaint Turelure dans L'Otage). Membre du Comité de lecture et du Comité d'administration, il est, sous l'administration Bourdet, l'un des éléments importants de la troupe.

En 1942, il fait valoir ses droits à la retraite et se consacre au cinéma. Il revient en 1950 à la Comédie-Française en tant que pensionnaire à statut spécial. De 1950 à 1954, il fait quelques créations saisissantes, qu'il s'agisse du Père des Six Personnages en quête d'auteur de Pirandello, de Sganarelle dans Dom Juan, avec Jean Debucourt et, en 1951, d'un Tartuffe important qu'il met en scène et interprète. Lorsqu'il quitte à nouveau la Comédie-Française, c'est pour continuer sa carrière sur d'autres scènes : Volpone au théâtre Marigny et, entre autres, La Locomotive d'André Roussin, avec Elvire Popesco au théâtre de l'Œuvre, Le Repos du septième jour de Paul Claudel, etc. Après Boubouroche et Tartuffe, à la Comédie-Française, il a fait aussi, sur les boulevards, des mises en scène parmi lesquelles L’Heure éblouissante d'Henri Jeanson, L'Ennemi de Julien Green, etc.
Il est professeur au Conservatoire, de 1958 à 1967, et forme des élèves tels que Michel Duchaussoy et Claude Giraud.

Si sa carrière théâtrale compte près de 800 rôles, sa carrière cinématographique totalise près de 200 films. Il commence à tourner dès l'époque du cinéma muet. En 1934/35, il est appelé à Hollywood pour un film avec Maurice Chevalier. En 1938, c'est La Bête humaine de Jean Renoir, puis Remorques de Jean Grémillon et surtout, pendant la guerre, Les Visiteurs du soir de Marcel Carné, Goupi mains rouges de Jacques Becker, Premier Bal et Sortilèges de Christian Jaque.

Il est impossible de citer tous les films qu'il a tournés ; rappelons le charmant Papa, maman, la bonne et moi, Till l'Espiègle, Les Misérables... Dans la version des Misérables de Jean-Paul Le Chanois (1958), Fernand Ledoux incarnait Monseigneur Myriel ; dans la version de Robert Hossein (1982), il est l'irascible Monsieur Gillenormand.
À la télévision, parmi de nombreuses dramatiques, il convient de citer Les Célibataires d'après Montherlant, Chatterton de Vigny et Ursule Mirouët, d'après Balzac. Homme de théâtre complet, Fernand Ledoux donne l'exemple d'une carrière aussi riche qu'éclectique, soutenue par une ferme conviction humaniste.