Ֆելիքս Տեր-Մարտիրոսովը ծնվել է 1939 թ. Թբիլիսիում, հայաշատ Սոլոլակ թաղամասում: 1961-1966 թթ. սովորել է Մոսկվայի Մ. Լոմոնոսովի անվան պետական համալսարանի պատմության ֆակուլտետի հնագիտության բաժնում:

1966 թ. տեղափոխվել է Հայաստան և աշխատանքի անցել ՀՍՍՀ ԳԱ հնագիտության և ազգագրության ինստիտուտում որպես կրտսեր գիտաշխատող (հետագայում՝ 1985 թվականից ավագ, իսկ 1995 թվականից առաջատար գիտաշխատող): 1966-1970 թթ. Ֆ. Տեր-Մարտիրոսովը հնարավորություն է ունենում մասնակցելու Գառնիի հնագիտական արշավախմբի պեղումներին ակադեմիկոս Բ.Ն.Առաքելյանի ղեկավարությամբ: 1970-1975 թթ. նա մասնակցել է նաև Ա.Ա. Սահինյանի կողմից իրականացվող Գառնիի տաճարի վերականգման աշխատանքներին:

Հնագետը ակտիվ մասնակցություն է ունեցել Արմավիրի և Արտաշատի (Բ.Ն.Առաքելյանի ղեկավարությամբ), Ներքին Սասնաշենի, Դիտակի, Տաճարաբակի հնագիտական արշավախմբերին: 1984 թ. Ֆ. Տեր-Մարտիրոսովը պաշտպանել է թեկնածուական ատենախոսությունը՝ «Հելլենիստական Հայաստանի խեցեղենը որպես պատմական աղբյուր» թեմայով՝ ստանալով պատմական գիտությունների թեկնածուի աստիճան: 1985 թ. Ֆ. Տեր-Մարտիրոսովը պեղումներ և ուսումնասիրություններ է կատարել վաղ միջնադարյան Երերույքի բազիլիկի տարածքում, իսկ 2005-2014 թթ. ղեկավարել է Երվանդաշատի արշավախումբը:

1983-2006 թթ. դասավանդել է Երևանի Գեղարվեստի ինստիտուտում և արժանացել բուհի պատվավոր պրոֆեսորի կոչման: 1997-2014 թթ. եղել է ԵՊՀ պատմության ֆակուլտետի հայ արվեստի պատմության և տեսության ՅՈՒՆԵՍԿՕ-ի ամբիոնի դոցենտ:

Գիտնականը հանդիսանում է 3 մենագրությունների և շուրջ 100 գիտական հոդվածների հեղինակ, մասնակցել է 7 տասնյակից ավել հանրապետական և միջազգային գիտաժողովների: Ֆ. Տեր-Մարտիրոսովը հրատարակել է «Գառնիի ամրոցի տաճարը՝ հերեոն, վկայարան» (1995), «Հայոց թագավորության կազմավորումը պատմական տվյալների և պատմական հիշողության համատեքստում» (1995) և «Արջուկը և հայկական դիցաբանության մյուս կերպարները» (1996) մենագրությունները:

Ֆելիքս Տեր-Մարտիրոսովը վախճանվել է 2014 թ. Երևանում: