Fernand Ledoux, était le fils d'un grossiste en vins et d'une fille de dentellière. Il fait ses études au collège de Tirlemont, puis au séminaire de Saint-Trond.
Après la Première Guerre mondiale, en 1919, il arrive à Paris et commence à suivre les cours de Raphaël Duflos au Conservatoire national d'art dramatique. Il y obtient un deuxième prix de comédie. Il débute ensuite dans de petits rôles, en particulier à la Comédie-Française. Bien que ce soit le cinéma qui l'ait rendu populaire, avec près de 80 films tournés, il est avant tout homme de théâtre.
Jacques Feyder, qui l'a remarqué au Conservatoire, lui offre son premier rôle au cinéma dans La Faute d'orthographe en 1919. Il l'engage à nouveau dans L'Atlantide en 1921.
Ledoux prend à 23 ans la nationalité française. De 1931 à 1942, il est sociétaire de la Comédie-Française.
On le remarque particulièrement dans La Bête humaine de Jean Renoir en 1938, et en 1941 Maurice Tourneur lui donne un très beau rôle de personnage ombrageux dans
Volpone.
En 1938, Pierre Dux, Fernand Ledoux et Alfred Adam ouvrent un cours de théâtre dans un studio au dernier étage du Théâtre Pigalle.
En 1942, il cesse ses activités à la Comédie-Française pour éviter de jouer devant l'occupant, et se consacre exclusivement au cinéma. Cette même année, il est remarquable dans
Goupi Mains Rouges de Jacques Becker et dans Les Visiteurs du soir de Marcel Carné.
En 1956, il joue un rôle de Français moyen bougon, dans le film Papa, maman, ma femme et moi, avec Robert Lamoureux. De 1958 à 1967, il donne des cours de dramaturgie au Conservatoire national d'art dramatique. Il a notamment comme élèves Suzanne Flon, Claude Brosset, Guy Tréjan, Élisabeth Alain, Jacques Lassalle et Michel Duchaussoy.
Il joue également dans quelques productions américaines, comme Le Jour le plus long en 1961, et Le Jour d'après de Robert Parrish en 1964. Il tourne avec de grands réalisateurs comme, Orson Welles, Jacques Demy, Claude Chabrol, et se retire des écrans après Mille milliards de dollars d'Henri Verneuil, en 1981. On le voit aussi dans de nombreux téléfilms.
Fernand Ledoux était marié à Fernande Thabuy, morte en 1997, avec laquelle il eut quatre enfants.
Grand amateur de la côte normande, qu'il aimait peindre, il vécut à Pennedepie, puis à Villerville où il est mort à 96 ans. Il repose dans cette ville.