Friedrich von Sachsen-Altenburg entstammte der ernestinischen Linie des Hauses Wettin. Als Sohn des Herzogs Friedrich Wilhelm I. von Sachsen-Weimar und dessen zweiter Gemahlin Anna Maria von Pfalz-Neuburg stand er in einer Zeit tiefgreifender politischer und konfessioneller Umbrüche im Heiligen Römischen Reich. Nach dem frühen Tod seines Vaters wuchs er unter der Vormundschaft des Kurfürsten Christian II. von Sachsen und später seines Bruders Johann Georg I. auf.

Seine Ausbildung war geprägt von den akademischen Idealen des lutherischen Hochadels; er studierte an der Universität Leipzig und trat anschließend eine Kavalierstour an, die ihn unter anderem an die Höfe von London und Paris führte. Diese Reisen dienten nicht nur der persönlichen Bildung, sondern auch der Knüpfung diplomatischer Kontakte in einem Europa am Vorabend des Großen Krieges.

Friedrich entschied sich früh für eine militärische Laufbahn und trat als Rittmeister in kursächsische Dienste. Im Verlauf des Dreißigjährigen Krieges schloss er sich der protestantischen Seite an und diente unter namhaften Feldherren wie dem Grafen von Mansfeld. Sein Engagement führte ihn auf die Schlachtfelder Böhmens und Norddeutschlands. Er bekleidete den Rang eines Obersten und kommandierte eigene Regimenter, was seine Ambitionen unterstrich, das Ansehen seines Hauses durch militärische Verdienste zu festigen. Sein Lebensweg endete jedoch jäh durch die Folgen einer Verwundung oder Erkrankung während der Belagerung von Stadtlohn. Er verstarb unverheiratet und ohne Nachkommen, woraufhin sein Erbe innerhalb der herzoglichen Familie aufgeteilt wurde.