En 1518 fue enviado a Flandes por orden de Carlos V, que quería alejarle de España como fuera a causa de los numerosos partidarios que empezaba a tener. Muchos pensaban que Fernando, por su educación española, era más adecuado que su hermano para ocupar el trono y lo consideraban el verdadero príncipe de España.
Su abuelo paterno, Maximiliano de Austria, consiguió para él, mediante su boda con Ana de Hungría (1521), la sucesión de Bohemia y Hungría. Así ese mismo año Carlos V le reconoció, por el tratado de Worms, la posesión de la herencia de los Habsburgo (Alta y Baja Austria, Carintia, Estiria y Carniola) y, posteriormente, por la Convenciones de Bruselas, en 1522, el Tirol, la Alta Alsacia y el ducado de Württemberg.
En 1526, tras la muerte de su cuñado Luis II de Hungría en la batalla de Mohács, accede al trono de Hungría y de Bohemia, para lo cual tuvo que enfrentarse al pretendiente Juan Zapolya (Szálpolyai). En 1531 es nombrado rey de romanos.
Poco después debió contener el avance otomano en los alrededores de Viena y, gracias al apoyo de su hermano, pudo entrar vistorioso en esta ciudad y firmar la paz en 1532.
Sin embargo, a la muerte de Juan Zapolya, en 1540, que había continuado denominándose rey de Hungría, Solimán II se apoderó de la ciudad de Buda y de la mayor parte de Hungría. Ante esta circunstancia, Fernando se vio obligado a firmar una tregua a cambio del pago de un tributo anual al Sultán y del reconocimiento en Transilvania de la dinastía de los Zapolya.
En política interior adecuó sus intereses a los del Emperador Carlos V. No obstante en materia religiosa, por la influencia que recibió de Erasmo y de los Humanistas en su estancia en Flandes, fue relativamente tolerante. Con este espíritu participó en la Asamblea de Ratisbona, en 1524, que decidió la primera reforma católica en Alemania. Firmó también con la Liga de Smalkalda la Paz de Kadan, que prohibía a la Reichkammergericht proceder, en materia religiosa, contra sus miembros (1534). Además, intentó conseguir de Roma que permitiese la comunión bajo las dos especies (1554), se esforzó por atenuar el conflicto religioso al negociar la Paz de Augsburgo (1555), y en la reapertura del Concilio de Trento (1562) defendió la libertad de conciencia.
En otros aspectos, cabe destacar la reforma del sistema monetario, la reorganización del consejo áulico y la elección para la sucesión imperial de su hijo Maximiliano II.
Fue nombrado Emperador tras la abdicación de su hermano Carlos V en 1556, que le designó en su lugar, pero no fue ratificado hasta 1558.
Fernando I, rey de Hungría y Bohemia y Emperador alemán, fallece en 1564 en la ciudad de Viena.