Ankara'da dünyaya gelmiştir. Babası askeri doktor, annesi ise ev hanımıdır. Liseyi TED Ankara Koleji'nde tamamlamıştır. Ailesinin doktor olmasını istemesine rağmen matematiğe olan ilgisi nedeniyle İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Elektrik-Elektronik Fakültesi'ni bitirmiştir.
İTÜ’den mezun olduktan sonra, kariyeri o dönemdeki adıyla Türkiye Elektrik Kurumu'nda başlamıştır. Ancak mühendislik yapmasına rağmen aklı sinemadadır. Bu dönemde bir yandan kendi kısa filmlerini çekmiş, diğer yandan da Yeşilçam’da bazı uzun metrajlı filmlerde reji asistanı olarak çalışmıştır. Bu alanda bir süre çalıştıktan sonra sinema sektöründe aradığını bulamadığını fark etmiştir. Ancak sinema tutkusu o dönemde sönmemiş; hem sinema eğitimini ilerletmek hem de bu alandaki teknik imkanlara kavuşmak amacıyla Viyana'daki Film Akademisi'ne gitmeye karar vermiştir.
Ancak oradaki eğitimde de aradığı yaratıcılığı ve derinliği bulamamış, üstelik yurt dışında yaşamanın maddi zorluklarıyla karşılaşmıştır. Viyana'da bulunduğu ilk dönemde geçinebilmek için hamallık ve kar küreme dahil çeşitli fiziksel işlerde çalışmak zorunda kalmıştır. O günleri anlatırken kendisini "Viyana'nın karlı yollarını küreyen, mütevazı bir geçmişten gelen bir adam" olarak tanımlar. Bu zorlu hayat mücadelesi sırasında Avusturya hükümetinin enerji ekonomisi alanında verdiği yüksek lisans bursunu kazanmıştır. Kazandığı burs, onun sinemadan uzaklaşıp enerji dünyasına girmesine neden olmuştur. Enerji alanının hem mühendislik hem de ekonomiyle kesiştiğini fark edip, kariyerine bu alanda devam etme kararı almış, yüksek lisansını ve doktorasını Viyana Teknik Üniversitesi'nde başarıyla tamamlamıştır. Kariyer yolculuğu Viyana'da OPEC bünyesinde petrol analizcisi olarak devam etmiştir. 1995 yılında ise Uluslararası enerji ajansı (IEA) ile yolları kesişmiştir. Uzun yıllar görev aldığı kurumda baş ekonomist olarak çalışmış ve aynı zamanda kurumun en prestijli yayını olan Dünya Enerji Görünümü raporlarından sorumlu olmuştur.
Sinemadan enerji dünyasının liderliğine kadar uzanan bu ilginç hayat hikayesi Dr. Fatih BİROL’ a ait...
OPEC'teki ömür boyu iş garantisini bırakıp IEA'daki onüç aylık riskli kontratı seçmesini, mesleki tatmin arayışı, küresel sorunlara odaklanma isteği ve işine duyduğu tutku olarak açıklamıştır. OPEC'te çalıştığı dönemde kurumun sadece 10-12 üye ülkenin refahını artırmak için çalışmasının kendisinde soru işaretleri yarattığını belirtmiştir. Daha çok küresel ölçekteki enerji sorunlarıyla ve özellikle gelişmekte olan ülkelerin yaşadığı problemlerle ilgilenmek istediği için IEA'yı tercih etmiştir. Bu durumu, "Çok fazla tutkuyla sevemediğim bir işte hayat boyu kontratta mı kalayım yoksa benim için çok güzel bir gelecek vadedebilecek ve zevk alacağım bir iş için on üç aylık kontratı mı seçeyim?" sözleriyle özetleyerek, gelecek vadeden ve zevk alacağı işi seçmiştir. Kurumdaki ilk yılında (1995) bir başkanlık seçimi yapıldığını gören Birol, o gün kendi kendine "Bir gün ben niye başkan olmayayım?" diyerek en üst makamı hedeflemiştir. Bu azminde, çalışkanlığını ve "yararlı bir şeyler yapma" isteğini örnek aldığı babasının büyük etkisi olmuştur.
12 Şubat 2015 tarihinde, 29 üye ülkenin oy birliğiyle IEA İcra Direktörü (Başkanı) seçildi. Bu seçimle birlikte ajans tarihinde üç önemli ilke imza attı: Kurumun içerisinden seçilen ilk başkan oldu. Avrupa ve ABD dışından gelen ilk başkan oldu. Siyasetçi kökenli olmayan ilk başkan olarak göreve geldi.
Başkanlığı döneminde ajansı sadece petrol odaklı olmaktan çıkarıp temiz enerji, enerji güvenliği ve iklim değişikliği merkezli bir yapıya dönüştürdü. Çin ve Hindistan gibi dev ekonomileri ajans ailesine dahil ederek temsil oranını %38'den %75'e çıkardı. Bu başarıları sonucunda Mart 2022'de üçüncü dönemi için yeniden başkan seçildi.
2021 ve 2026 yıllarında TIME dergisi tarafından "Dünyanın En Etkili 100 İsmi" listesine girmiş ve bu listede yer alan tek Türk olmuştur. Forbes tarafından enerjideki en etkili isimlerden biri olarak gösterilmiş, 2017'de de Financial Times tarafından "Yılın Enerji Kişiliği" seçilmiştir. Fransa, Japonya, İsveç, Almanya, Avusturya ve İtalya dahil pek çok ülkeden en üst düzey devlet nişanlarına layık görülmüştür.
Yolunu arayan ve tutkusunun peşinde giden bir insanın hayat hikayesinin kısacık bir özeti bu. Ama gençler için ilham ve örnek alınacak kadar değerli bir hikaye. Kendisinin de dediği gibi tutkuyla sevilen bir iş bulunduğunda başarının gelmesi kaçınılmazdır.