Sachverhalt: A. Der 1961 geborene A._ war als Inhaber und Geschäftsführer eines Fachgeschäfts für Elektroapparate, Unterhaltungselektronik, Uhren und Geschenkartikel tätig. Am 30. November 2004 meldete er sich unter Hinweis auf eine Operation bei zervikaler Diskushernie vom November 2003 bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Zürich klärte die erwerblichen und medizinischen Verhältnisse ab und verneinte mit Verfügung vom 30. März 2006 einen Anspruch auf Invalidenrente. Nach erfolgter Einsprache führte die IV-Stelle weitere Abklärungen durch. Am 17. Mai 2005 wurde A._ nochmals an der Wirbelsäule operiert. Am 21. Dezember 2006 wurde er bei einer Vollbremsung im Bus verletzt. Die IV-Behörde holte unter anderem bei Dr. med. B._, Facharzt für orthopädische Chirurgie und Traumatologie des Bewegungsapparates, das Gutachten vom 27. November 2008 und bei Dr. med. C._, Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie an der Klinik D._, das Gutachten vom 22. Oktober 2009 ein. Mit Vorbescheid vom 15. Juni 2010 stellte sie die Zusprache einer Viertelsrente ab 1. Juni 2008 in Aussicht. Nach dagegen erhobenem Einwand beurteilte die IV-Stelle die Situation neu und kam zum Schluss, dass weder somatisch noch psychisch ein die Arbeitsfähigkeit in rentenrelevantem Ausmass einschränkender Gesundheitsschaden vorliege (Vorbescheid vom 6. Januar 2011). A._ reichte den Bericht des Dr. med. E._, Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie, vom 10. März 2011 ein, worauf die IV-Stelle ihn beim Institut F._ interdisziplinär untersuchen und begutachten liess (Expertise vom 21. August 2012). Gestützt darauf verneinte sie mit Verfügung vom 21. Februar 2013 einen Rentenanspruch. B. Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 31. Oktober 2014 ab. C. A._ führt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten mit dem Rechtsbegehren, in Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids sei ihm rückwirkend eine Invalidenrente zuzusprechen. Sozialversicherungsgericht, IV-Stelle und Bundesamt für Sozialversicherungen verzichten auf eine Vernehmlassung.