Le père de Fred Astaire, Friedrich E. Austerlitz, émigre d'Autriche vers les États-Unis en 1892, où il épouse Johanne Geilus, d'ascendance alsacienne, en 1894 dans le Nebraska. La famille déménage à New York en 1905. Fred prend des leçons de danse à l'école Alvienne, et c'est en 1905, lors d'une interprétation dans une petite pièce avec sa soeur Adele, qu'il adopte le nom « Astaire » ; ce nom a été choisi car un de ses oncles avait été nommé dans son village « l'Astaire du Village ». Cette pièce marque le début de leur carrière ; plébiscités par la presse locale, ils entament une série de nombreuses tournées. Fred et Adele effectuent leur première performance à Broadway en 1917, dans la comédie musicale Over The Top. Le spectacle est un échec relatif, mais la carrière des Astaire est lancée : Fred et Adele se produiront ensemble tout au long des années 1920, à Broadway et en Angleterre. Ils se séparent en 1932, après le très acclamé The Band Wagon, au New Amsterdam Theatre, lorsque Adele épouse Lord Charles Cavendish, fils du duc du Devonshire.
Fred Astaire fait la connaissance de George et Ira Gershwin en 1922, lors de la production de For Goodness Sake, un spectacle dont les Gershwin ont écrit quelques chansons - une rencontre qui donnera lieu à de nombreuses collaborations.
Fort de nombreuses performances acclamées par la critique, Fred Astaire se taille une réputation de chorégraphe et metteur en scène à Broadway. En 1930, Alfred Aarons lui demande de revoir le morceau Embraceable You, dans sa comédie musicale Girl Crazy. Cette même année, Astaire rencontre
Ginger Rogers, avec laquelle il tournera plusieurs films.
Lorsque The Band Wagon s'arrête, après 260 représentations, Fred incarne le rôle principal de la comédie musicale The Gay Divorcee, écrite par Cole Porter, spectacle qui durera 248 représentations. C'est alors que le cinéma commence à s'intéresser à lui. Le producteur
Mervyn LeRoy aborde Astaire pour faire un film de The Gay Divorcee. Intéressé par le grand écran, Astaire se présente aux studios de la RKO, où il effectue un bout d'essai en janvier 1933. Malgré le retour laconique d'un anonyme du studio sur sa performance : « Can't act. Slightly bald. Also dances. » (« Ne sait pas jouer la comédie. Un peu chauve. Danse aussi. »),
David O. Selznick l'engage pour
Carioca (Flying Down to Rio). Il entame alors une carrière cinématographique sans précédent.
Le 12 juillet 1933, il épouse Phyllis Potter, rencontrée un an auparavant.
Suite à des délais dans la production de
Carioca, Fred Astaire débute dans Le Tourbillon de la danse (Dancing Lady), aux côtés de
Joan Crawford et
Clark Gable.
Carioca, 1933, est son premier film avec Ginger Rogers. La critique acclame ses talents de danseur et Astaire fait la connaissance dans les studios du chorégraphe
Hermes Pan, avec qui il collaborera de nombreuses années. RKO l'engage pour le tournage de La Joyeuse Divorcée (The Gay Divorcee), pour lequel Astaire obtient un pourcentage sur les recettes, clause jusque-là extrêmement rare dans les moeurs hollywoodiennes. Ce film consacre le couple Astaire-Rogers, parrainé par Hermes Pan. Le trio et ses succès sont à l'origine de l'importance que prendront les numéros dansés dans les comédies musicales hollywoodiennes.
Astaire accepte une offre de la part de NBC pour une émission de radio (Your Hit Parade), pour les cigarettes Lucky Strike, visant ainsi à diversifier sa carrière. Son film suivant,
En suivant la flotte (Follow the Fleet), tourné en 1936, est à nouveau un grand succès, confortant le couple Astaire-Rogers au sommet des hit-parades. L'Entreprenant Monsieur Petrov (Shall we dance) et
Amanda n'ont cependant pas le succès escompté et la collaboration de Fred Astaire avec Ginger Rogers s'achève avec le tournage de
La Grande Farandole (The Story of Vernon and Irene Castle) en 1939.
Fred Astaire eut pour partenaire
Eleanor Powell dans Broadway qui danse, ainsi que
Rita Hayworth dans L'Amour vient en dansant et dans Ô toi ma charmante, qui, toutes deux et comme ses partenaires suivantes, furent comparées par la critique à Ginger Rogers ; mais on ne retrouvait pas avec elles l'alchimie du couple mythique.
En 1946, après le tournage de La Mélodie du bonheur, Fred Astaire annonce à la presse qu'il se retire du monde du cinéma. Le film est annoncé comme étant son dernier et des milliers de lettres de protestation lui parviennent, le public ne se résignant pas à sa disparition de l'affiche.
Sa retraite est de courte durée. En octobre 1947, alors que
Judy Garland et
Gene Kelly sont en répétition pour
Parade de printemps, Kelly se casse la cheville et appelle Astaire pour le remplacer. Conscient du potentiel Astaire-Garland sur une même affiche, le studio les reconduit pour un second film. Judy Garland en est évincée, suite à ses retards constants et à son comportement erratique, remplacée au pied levé par Ginger Rogers. Dix ans plus tard, faute d'affiche Astaire-Garland,
Arthur Freed s'offre le retour du couple Astaire-Rogers.
Entrons dans la danse est un succès et ravit les fans du couple dansant. La carrière de Fred Astaire prend un nouvel essor, et il tourne certains de ses plus grands films, jusqu'à la fin des années 1950, période à laquelle les offres se font plus rares.
Il tournera une série d'émissions spéciales pour la télévision, jusqu'au début des années 1960. L'un de ces programmes, Une soirée avec Fred Astaire (An Evening with Fred Astaire), remporte 9 Emmy Awards en 1958.
Astaire continue sa carrière cinématographique de façon sporadique jusque dans les années 1980, apparaissant dans des films tels La Vallée du bonheur en 1968 (sa dernière comédie musicale) et
La Tour infernale en 1974, pour lequel il reçoit sa seule nomination aux Oscars dans la catégorie meilleur second rôle masculin. Il apparaît dans le documentaire That's Entertainment!, au milieu des années 1970, dans un numéro de danse avec
Gene Kelly. Il participe aussi en 1978 à la série télévisée de science-fiction Galactica, et tourne son dernier film, Le Fantôme de Milburn (Ghost Story) en 1981 .
Il reçoit un Oscar d'honneur en 1950 « pour son talent artistique exceptionnel et sa contribution à la technique des comédies musicales ». L'American Film Institute lui remet un « Lifetime Achievement Award » en 1981. Il le classera cinquième acteur de légende.
Son corps est inhumé à Chatsworth en Californie.