Ещё один брат Надежды Аллилуевой. В детстве проявлял большие способности к математике, физике и другим точным наукам. Окончил гимназию с золотой медалью и решил посвятить себя военно-морской службе. В 1917 году гардемарин Российского Императорского флота Федор Аллилуев вступил в РСРП (б), а затем и в Красную армию. С апреля 1918 года был личным секретарем И. В. Сталина, в Народном комиссариате по делам национальностей и в Комитете партийного контроля. Участник обороны Петрограда и Царицына. В 1920 году был признан инвалидом по психическому заболеванию. Жил в Москве, получая персональную пенсию.
Умер в 1955 году. Похоронен на Новодевичьем кладбище рядом с родителями, братом и сестрой.