Родился 23 октября 1899 года в деревне Лукшино Старицкого уезда Тверской губернии в крестьянской семье. В 1918 году добровольно вступил в ряды Красного Балтийского флота. Участник Гражданской войны, воевал матросом на кораблях Балтийского флота и Северной военной флотилии. В 1922 году окончил курсы при Петроградском коммунистическом университете. В 1928 году окончил параллельные классы при Военно-морском училище имени М. В. Фрунзе. Проходил службу на Балтийском, Тихоокеанском и Черноморском флотах, командовал торпедным катером, группой, дивизионом, отрядом и бригадой торпедных катеров. С февраля 1938 года командовал Амурской военной флотилией, а с марта 1939 года — Черноморским флотом.

В Великую Отечественную войну вице-адмирал Октябрьский — один из руководителей героической обороны Одессы и Севастополя. Будучи командующим Черноморским флотом, одновременно в 1941—1942 годах являлся командующим Севастопольским Оборонительным Районом. План эвакуации предусматривал вывоз только высшего
и старшего командного состава армии и флота, партактива города. Эвакуация остальной части военнослужащих, в том числе и раненых, не предполагалась. Командование Черноморского флота во главе с Филиппом Сергеевичем Октябрьским эвакуировалось из города на самолёте в ночь на 1 июля, а для эвакуации командования сухопутных войск, партийных и советских руководителей были предоставлены две подводные лодки. 3 июля 1942 года Совинформбюро дало сводку о потере Севастополя.

Вице-адмирал Ф. С. Октябрьский участвовал в подготовке и осуществлении
Керченско-Феодосийской десантной операции 1941—1942 годов, благодаря которой советские войска получили плацдарм в Крыму, дававший возможность дальнейших наступательных действий. С июня 1943 года Октябрьский — командующий Амурской военной флотилией, а с марта 1944 года вновь командующий Черноморским флотом, который под его командованием внёс большой вклад в освобождение Кавказа
и Крыма. 10 апреля 1944 года вице-адмиралу Октябрьскому присвоено воинское звание адмирала.

После войны адмирал Октябрьский продолжал командовать Черноморским флотом.
С ноября 1948 года по январь 1951 года он был 1-м заместителем главкома
Военно-Морских Сил (ВМС), затем в 1951—1952 годах в отставке по болезни. С апреля 1952 года по ноябрь 1953 года — начальник Управления научно-испытательных полигонов. Жил в Феодосии и в Старом Крыму. С 1957 года по 1960 годы — начальник Черноморского высшего военно-морского училища имени П. С. Нахимова.

С сентября 1960 года адмирал Филипп Сергеевич Октябрьский — военный
инспектор-советник Группы генеральных инспекторов Министерства обороны СССР. 

Умер 8 июля 1969 года в Севастополе.