Ferdinand Friedrich Georg Ludwig von Wrangel báró Pszkovban született a cárhoz hű balti német arisztokrata család sarjaként. 1815-ben végzett a tengerészeti akadémián, majd 1817-19-ben Vaszilij Golovnyin expedíciójának tagjaként a Kamcsatka nevű egyárbócos vitorláson körülhajózta a Földet. Az expedíció Szentpétervárról indult, átszelték az Atlanti-óceánt, Dél-Amerikát megkerülve hatalmas négyzetet írtak le a Csendes-óceánon a Hawaii-szigetek és az Aleut-szigetek térségében, majd az Indiai-óceánon átvitorlázva az Atlanti-óceánon keresztül tértek haza.
Vrangelt 1820-ban kinevezték az orosz sarki tengerek felfedezésére küldött kolimai expedíció élére. 1820. november 2-án érkeztek meg a Kolima folyó torkolatánál fekvő Nyizsnyekolimszkba, ahonnan kutyaszánon folytatták útjukat a Selagszkij-fokhoz. 1820 és 1824 között bejárták Szibéria partvidékét a Kolima torkolatától a Nagy Baranov-fokig, majd a Medve-szigetekre hajóztak. Később a Selagszkij-foktól a jégen nyomultak észak felé a 72. északi szélességi fokig, új szárazföldet keresve. Megállapították, hogy a feltételezésekkel ellentétben a Kolimától és a Selagszkij foktól északra csak nyílt tenger húzódik. Tisztje, Fjodor Matyuskin (Puskin barátja) és másik segítője, Prokopij Kozmin segítségével feltérképezték Szibéria északkeleti partjait az Ingyigirka folyótól a Csukcs-tengerben fekvő Koljucsin-öbölig. Az 1824. augusztus 15-én Szentpétervárra visszatért expedíció értékes földmágnességi, éghajlati és jégvizsgálatokat, valamint néprajzi és ásványtani kutatásokat végzett.
A parancsnokká kinevezett Vrangel szibériai felfedezőútja után, 1825 és 1827 között újabb világ körüli utat tett, ezúttal a Krotkij egyárbócos fedélzetén.
1829-ben az Orosz-Amerikai Társaság vezetőjévé, valójában az amerikai orosz telepek (a mai Alaszka) főkormányzójává nevezték ki. Ő volt az első, főkormányzói posztra kinevezett nőtlen férfi, akinek - a társaság alapszabály-változtatása miatt - meg kellett nősülnie hivatala elfoglalásához, ezért - az amerikai kolóniákra való visszatérése előtt - feleségül vette Elizabeth Theodora Natalia Karolina de Rossillon bárókisasszonyt.
Szibérián és Kamcsatkán át utazott új állomáshelyére, melynek főkormányzójaként megreformálta az adminisztrációt, bevezette a burgonyatermesztést, bányákat nyitott, az orosz kormányzatot szőrmevállalat alapítására sürgette.
Misszionáriusokat küldött ki, megkezdte a terület feltérképezését, támogatta a beruházásokat, utakat, hidakat építtetett, és kormányzati épületeket emeltetett. Geográfiai és etnográfiai megfigyeléseit gondosan lejegyezte. 1834-ben visszahívták hivatalából, a Panama-földszoroson át, számos amerikai várost útba ejtve tért haza.
1837-ben ellentengernaggyá nevezték ki, tizenkét éven át volt igazgató a haditengerészeti hivatalban. 1847-ben altengernaggyá nevezték ki, de átmenetileg megszakította szolgálatát, hogy elláthassa az újjászervezett Orosz-Amerikai Társaság elnöki teendőit.
1854-ben visszatért a haditengerészethez, 1855 és 1857 között haditengerészeti miniszterként szolgált. 1855-ben tiszteletbeli tagjává választotta a szentpétervári Tudományos Akadémia, melynek tagjaként részt vett az Orosz Földrajzi Társaság megalapításában. Nyíltan ellenezte Orosz-Amerika kiárusítását. (A Vitus Bering és Alekszej Csirikov orosz kutatók által 1741-ben felfedezett, orosz birtokba vett, ásványkincsekben gazdag és stratégiai fontosságú Alaszkát a cári kormány 1867-ben 7,2 millió dollárért adta el az Egyesült Államoknak.)
Több könyvet írt, a leghíresebb az Utazás Szibéria északi partjain és a Jeges-tengeren 1820-1824-ben. 1867-ben Thomas de Long amerikai bálnavadász róla nevezte el a Kelet-szibériai- és Csukcs-tenger között felfedezett 125 km hosszú, 7600 négyzetkilométeres szigetet, amelynek létét az északra repülő madárrajok láttán és a szibériai őslakosok kikérdezése alapján ő maga is feltételezte, de amelyet végül nem talált meg.
Vrangel 1864-ben nyugállományba vonult, észtországi birtokára költözött, 73 éves korában, 1870. június 6-án Dorpatban (ma Tartu, Észtország) halt meg.