Frīdrihs bija vienīgais Prūsijas karaļa un vēlākā Vācu ķeizara Vilhelma I un viņas sievas Saksijas-Veimāras-Eizenahas Augustas (Maria Luise Augusta Catherina von Sachsen-Weimar-Eisenach) dēls un troņmantinieks. Līdz kļūšanai par karali un ķeizaru, ģimenē saukts vienkārši par Frīdrihu vai par Frīdrihu Vilhelmu. Skolas zinības apguvis mājmācības ceļā pie atzītiem tā laika augstākā līmeņa pedagogiem. Piemēram, kopš 1844. gada Frīdriha mājskolotājs bija ievērojamais Senās Grieķijas vēstures pētnieks un arheologs Ernsts Kurciuss (Ernst Curtius), kas vēlākajā vācu troņmantiniekā veicināja aizraušanos ar antīkā laikmeta kultūru un mākslu. Līdztekus klasiskajām skolas zināšanām apguva arī galdnieka un grāmatiespiedēja amata prasmes. Tēva iespaidā tomēr par galveno Frīdriham kļuva militārās izglītības joma, kas bija tradīcija Hoencolernu dinastijā. 1846. gadā viņš jau piedalījās savā dzīvē pirmajās militārajās mācību spēlēs.
1849.–1852. gadā Frīdrihs studēja Bonnas universitātē (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn), kur apguva juridiskās zinības, interesējās par vēstures un politikas zinātnēm. Pēc studiju beigšanas devās plašākā ceļojumā pa Krieviju, bet atgriežoties atkal pievērsās militārajai karjerai. Īpaši Frīdrihu interesēja militārā stratēģija, tādēļ par viņa tuvāko kolēģi, skolotāju un draugu kļuva nākamais izcilais Prūsijas militārais stratēģis – ģenerālštāba priekšnieks Helmuts fon Moltke (Helmuth Karl Bernhard von Moltke).
1858. gadā troņmantinieks Frīdrihs Londonā apprecēja princesi Viktoriju (Victoria, Princess Royal, Victoria Adelaide Mary Louisa), Lielbritānijas karalienes Viktorijas (Victoria) vecāko meitu. Abi bija iepazinušies jau, kad Viktorijai bija 11 gadu. Kaut arī abu laulības izraisīja nevienprātīgu vērtējumu, britu karaļnams, kurš piederēja vāciskajai Sakšu-Koburgu dinastijai, laulībā saredzēja iespēju tuvināt Londonas un Berlīnes attiecības un izveidot vienotu, liberālu Vāciju, kas balstītos britiem ierastajā konstitucionāli monarhistiskajā varas principā. Abu laulībā dzima vēlākais Vācu ķeizars Vilhelms II un vēl septiņi dēli un meitas.