Študoval na Lipskej univerzite, kde v roku 1891 dostal aj titul Ph.D.. V Lipsku vyučoval matematiku až do roku 1910, keď dostal miesto profesora matematiky na Bonnskej univerzite. V rokoch 1913 až 1921 pôsobil ako profesor na Greifswaldskej univerzite, následne sa vrátil do Bonnu. Po nástupe nacizmu k moci, Hausdorff, ktorý bol žid, si myslel, že ako uznávaný univerzitný profesor by nemal byť perzekvovaný. Avšak jeho abstraktná matematika bola označená ako židovská, a teda nenemecká a v roku 1935 stratil svoje miesto. Aj keď v Nemecku už nemohol viac publikovať, Hausdorff naďalej zotrval aktívnym výskumníkom v oblasti matematiky, pričom publikoval v poľskom časopise Fundamenta Mathematicae. Po Krištáľovej noci v roku 1938 sa perzekúcia židov vyostrila a Hausdorff sa dostával do čoraz väčšej izolácie. Napokon v roku 1942, keď sa už nemohol vyhnúť koncentračnému táboru, spáchal 26. januára so svojou ženou Charlotte Goldschmidtovou Hausdorffovou a švagrinou Edith Goldschmidtovou Pappenheimovou samovraždu. Sú pochovaní v Bonne.