Федор Петрович Тонких родился 16 сентября 1912 года в селе Падворки (ныне Грязинского района Липецкой области). После окончания школы второй ступени в городе Усмани, с 1929 по 1932 года работал учителем в сельской школе, учился на рабфаке в городе Грязи в Воронежском инженерно-техническом институте.

В 1933 году Федор Тонких  ушел добровольцем в Красную Армию, в 1936 году окончил Московскую артиллерийскую школу имени Л. Б. Красина. До 1938 года Тонких в звании лейтенанта находился в должности командира взвода управления 2-го артиллерийского полка в Московском военном округе. Тогда же был зачислен слушателем командного факультета Военной академии имени Ф. Э. Дзержинского.

В 1941 году, в начале Великой Отечественной войны, досрочно получил диплом об окончании академии и в звании старшего лейтенанта  был направлен начальником штаба полка. Закончил войну подполковником в должности командующего артиллерией 11-й гвардейской армии. Дважды был ранен и дважды контужен.

С началом войны с империалистической Японией Федор Петрович снова на фронте в должности старшего офицера связи между Представителем Советского Главнокомандования и Главнокомандующим союзными войсками на Тихом океане генералом Макартуром. В начале октября 1945 года Ф.П. Тонких было присвоено звание полковника.

В послевоенное время Федор Петрович Тонких работал на ответственных должностях в Советской Армии, в центральном аппарате Министерства обороны СССР, занимаясь обобщением опыта боевого применения артиллерии.

В 1949 году Тонких командовал 16-й пушечной артиллерийской дивизией, а с 1954 года – инженерной бригадой особого назначения. С этого времени вся его дальнейшая деятельность была связана с новым видом Вооруженных Сил - Ракетными войсками стратегического назначения и с ракетно-ядерным оружием.

В середине 1963 года Федор Петрович был назначен на должность заместителя начальника Военной академии имени Ф. Э. Дзержинского, в 1969 году становится ее начальником. За выполнение особого правительственного задания Ф.П. Тонких была присуждена Государственная премия СССР.

В 1976 году Указом Президиума Верховного Совета СССР за выдающиеся заслуги в создании специальной техники генерал-полковнику Федору Петровичу Тонких присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и медали «Серп и Молот».

Доктор военных наук, профессор, генерал–полковник Ф.П. Тонких принимал активное участие в общественной и политической жизни. Был делегатом XXIV-XXVI съездов партии.

С 1979 по 1987 года Федор Петрович Тонких - член Президиума Высшей аттестационной комиссии при Совете Министров СССР. После увольнения в запас, он продолжил работать в академии в качестве советника начальника академии.

Федор Петрович Тонких умер 16 ноября 1987 года, похоронен на Кунцевском кладбище в г. Москва.