父はかつて明治神宮の神官、宮司であった。東京大学病院の内科医師である叔父に憧れ東大医学部に入学した。東京大学病院研修医の時に世界で初めて内視鏡を使った脳の病気の診断を行い、様々な症状の原因を解明した。東京警察病院に勤務後西ドイツに留学した。そこで脳外科の限界を思い知らされる。1978年に帰国し三井記念病院脳神経外科部長に就任した。頭部を大きく切開することなく、数センチメートルほどの小さな穴から顕微鏡を使い巧みに脳腫瘍を切除、縫合する鍵穴手術（キーホール・オペレーション）の確立に着手した。現在200点にも及ぶ、鍵穴手術に必要な脳外科手術用の顕微鏡や器具の開発を医療器メーカーと共同で行いつつ、更なる臨床経験を積むため全国の病院を回り、多い時で一日11人年間900件にも及ぶ手術を手掛けていく。1985年に鍵穴手術を確立するも、臨床が重視されず、論文の数と人脈が医師の評価基準とされる日本の医学界に疑問を持つようになる。48歳の時南カリフォルニア大学医療センターより脳神経外科教授のオファーを受け渡米した。臨床実績が評価される土壌で、鍵穴手術を用いて多くの難手術を成功させる手腕から「神の手を持つ男」「ゴッドハンド」や海外では「侍ドクター」と呼ばれるようになる。いくつかの大学病院を回った後ノースカロライナ州へ場を移し、脳外科症例数全米1位のデューク大学へ脳神経外科教授として就任する。現在はデューク大学教授の傍ら、世界中を回り難易度の高い脳腫瘍手術、診察を行っている。また、全国の脳外科医を集めたセミナーの自費主催、設備水準の低い病院の医療機器購入を援助するなど、後進育成と高度な医療を受けられる環境作りに熱心である。またアメリカのみならず日本やヨーロッパなど、自分の力が必要と言われれば世界中の病院に足を運び、脳腫瘍だけでなく脳動脈瘤や三叉神経痛などの手術も行い、これまでに20,000人以上の命を救ってきた。クリッピング手術の権威上山博康とは、若い時から互いに意識し合うライバル関係にあったが、福島が脳腫瘍手術の権威、上山が脳動脈瘤手術の権威となった現在は、互いに認め合い、共同でセミナーを開催し若い医師の教育を行っている。最近は若い医師の育成に熱心であり、年に2回アメリカで脳外科医のための解剖・手術に関わるセミナーを開いており、日本から学びに来る医師の留学費用の援助までしている。同じくクリッピング手術の権威である佐野公俊は、高校時代の後輩であり、現在は森山記念病院東京脳神経センター病院の「福島孝徳脳神経センター」で、佐野が脳動脈瘤手術センターをそれぞれ開設している。2006年10月に開院した東京クリニックを日本での拠点の一つとする。2007年に千葉県に塩田病院附属福島孝徳記念クリニックが開院した。2009年7月に47床への増床（102床までの許可）により福島孝徳記念病院に改称し、2009年には年間手術件数が500を超え、良性脳腫瘍については日本で最多となる。2012年5月2日に、経営母体の医療法人SHIODAとの間で、運営方針をめぐり相違があったことを理由に、千葉県の塩田病院附属福島孝徳記念病院の運営から離脱し、福島孝徳脳神経センターは、東京都江戸川区の森山記念病院 と神奈川県川崎市の新百合ヶ丘総合病院に移転した。千葉県の福島孝徳記念病院は、塩田記念病院に名称変更となった。さらに東京クリニック、総合南東北病院、総合東京病院にも福島孝徳 脳神経センターを開設した。現在は森山記念病院東京脳神経センター病院を日本国内の拠点とし、各地の病院で活動しており、福島が国内手術等活動を行う日本全国の15病院の一部には、福島孝徳 脳神経センターが、社会医療法人孝仁会 北海道大野記念病院　福島孝徳脳腫瘍・頭蓋底センター（北海道札幌市）、社会医療法人社団森山医会　東京脳神経センター病院付属　福島孝徳神経センター、南東北病院グループ 医療法人社団　三成会 新百合ケ丘総合病院 脳神経外科　福島記念 脳腫瘍・頭蓋底センター（神奈川県川崎市）、南東北病院グループ　医療法人財団　健貢会　総合東京病院　脳神経外科　福島孝徳　脳腫瘍センター（東京都中野区）、晃友脳神経外科眼科病院（神奈川県相模原市）に設置されている。
当初の開発目標だった1949年5月1日に対し、音声符号化装置と暗号化装置とを組わせたプロトタイプが1949年5月末か6月初め頃になってようやく出来上がった。装置は何とか動いたが音質は大幅な改善が必要な状態で、政府が示した目標にはとても届かなかった。この後も改善のための厳しい作業が続くことになり、メンバーは一日に12時間から15時間、さらには夜中まで働く必要があった。各メンバーへの個別の作業指示は9時から23時まで行われ、宿舎に戻ってベッド上で作業を行うことも多かった。モスクワ近郊に住んでいた研究者の一人は忙しくて自宅に帰ることができず、暑さのための汚れと擦り切れとでワイシャツの襟が外れてしまった20日目になって、ようやく服を着替えるために自宅に帰れたという。研究所から外に出られない囚人にとっても似たような状況だったが、十分な成果が挙げられれば刑期が終わる前に解放され前科も帳消しにされ家族と共に暮らすことができ、成果がなければはるかに待遇の悪い強制収容所に送られてしまうため、必死に働かざるを得なかった。遅れを取り戻すためにグループの再構成も行われた。この頃はクリッピング方式のM-803が最も有望と考えられていたため、1949年8月にM-803を開発の中心機種とする決定が行われ、ボコーダーを用いるM-801の開発は中断された。小説『煉獄のなかで』でも、クリッピング方式の開発を行うグループ（小説中では第7班となっている）が有望視され、囚人たちが自由な世界に飛び出すために有望なグループに入り込もうとする様子が描写されている。M-803を使いモスクワ-キエフ間での電話回線を使った1ヶ月以上の試験も実施された。測定した音節明瞭度は30%と悪くクリッピングによる雑音が多くてまともな通話ができない状況で、さらに通信回線の位相の反転により通話が途切れてしまう問題もあり、とてもスターリンや政府関係者が使えるような状況ではなかった。この試験以降、音質改善への試行錯誤とグループ間の主導権争いのために様々な動きがあった。M-803の改良とは別に、開発が中断されたボコーダーをクリッピング方式と組み合わせることで音質を向上させる新しい音声符号化方式が考案され、装置の試作が急遽行われた。この符号化方式は、低い周波数ではクリッピングした音声信号を直接符号化し、高い周波数成分は大まかな周波数スペクトルをボコーダーの考え方を使って符号化するもので、後の1960年代に考案されたセミボコーダー (Semi-Vocoder) やボイスエキサイテッドボコーダー (Voice-Excited Vocoder) と呼ばれる方式と同様のものである。明瞭度は51.1%に向上し当時のM-803より良い結果が得られたため、さらに研究を進めるためマールフィノ研究所とは独立したボコーダー研究所を設立することがいったん決まり準備が進められたが、直前になってこの決定は覆された。また、これらの一連の動きがM-803の開発リーダに知らされることは無かった。ソルジェニーツィンの小説『煉獄のなかで』ではクリッパーとボコーダーの結婚という表現でこの頃の組織内部の混乱の様子が描写されている。