Fill d’un diplomàtic republicà i net d’Antoni Maura i Montaner, s’exilià a França el 1939. Participà en la Resistència francesa i fou deportat al camp de concentració de Buchenwald. Militant del Partido Comunista de España, fou membre del comitè central (1954) i es traslladà clandestinament a Madrid per coordinar el treball polític del partit. Amb Fernando Claudín, protagonitzà un enfrontament amb la línia política mantinguda per la direcció del partit, que es liquidà amb l’expulsió dels dissidents (1964), procés que ell mateix explicà en la seva obra Autobiografía de Federico Sánchez (1977, premi Planeta). És autor també de Le grand voyage (1963), La deuxième mort de Ramón Mercader (1969), Quel beau dimanche (1980), L’algarabie (1981), La montagne blanche (1986) i Netchaïev est de retour (1987).
En el camp del cinema escriví els guions de La guerre est finie (1966) i de Stavisky (1974), d'Alain Resnais, els de Z (1968), L’aveu (1970) i Section speciale (1975), de Costa-Gavras, i de Les routes du sud (1978), de Joseph Losey. També realitzà i escriví el guió de Les deux mémoires (1963), igualment sobre el tema de la Guerra Civil. Publicà la biografia Montand, la vie continue (1983). En 1988-91 fou ministre de Cultura del Govern espanyol del Partido Socialista Obrero Español com a independent, mandat que no acabà per desavinences amb la direcció del partit (fou substituït en el càrrec per Jordi Solé i Tura). Reflectí aquesta experiència en les memòries Federico Sánchez vous salue bien (1992), i el 1995 publicà L’Écriture ou la vie, en què relata al seu pas pel camp de concentració de Buchenwald. També és autor de les memòries Adiós, luz de verano (1998, premi Nonino 1999) i de les novel·les Le mort qu'il faut (2001) i Veinte años y un dia (2004), de l’assaig L’homme européen (2005, amb D. de Villepin) i del recull d’articles Pensar en Europa (2006).
Membre de l’Académie Goncourt (1996), rebé nombrosos premis i guardons: el premi de la Pau (1994), que atorga l’Associació de Llibreters Alemanys, la Creu de Sant Jordi (1995), el premi a la Llibertat (1997), concedit a la Fira Internacional del Llibre de Jerusalem, el premi Blanquerna de la Generalitat de Catalunya (2003), la Medalla d’Or del mèrit en les belles arts del Ministeri de Cultura (2008) i el premi Terenci Moix a la trajectòria literària (2010).