Né à Nîmes dans une famille de petits commerçants de culture protestante, Frédéric Paulhan fit de brillantes études au lycée Daudet. Après avoir vécu quelques années de l’air du temps, il s'orienta vers la philosophie et s'intéressa aux mouvements politiques républicains. Dès 1877, il collabora régulièrement à la Revue philosophique de la France et de l’Étranger de Théodule Ribot, mais aussi à la Revue des Idées, à La Vie, à la Revue universelle, au Spectateur… Ayant écopé d’un mauvais numéro au tirage au sort pour le service militaire, il en fut exempté car il était affligé de bégaiement, ce qui l’empêcha de devenir professeur.

À la faveur d'un bouleversement dans l'administration municipale nîmoise qui privilégia les républicains, Frédéric Paulhan fut nommé en 1881 sous-bibliothécaire, puis bibliothécaire en 1882. Pendant les seize années que dura sa courte carrière officielle, Frédéric Paulhan bouscula les habitudes de l'institution, y insufflant un modernisme éclairé, nourries d’un positivisme qui lui était cher.

En 1884, il épousa Jeanne Thérond, issue d’une famille de la petite bourgeoisie protestante de Nîmes, avec qui il aura un fils, l'écrivain et éditeur Jean Paulhan, né la même année.

Vers la fin du siècle, l'instabilité politique de la municipalité révolta Frédéric Paulhan, qui démissionna avec perte et fracas, en décembre 1896. Avec sa femme Jeanne, son fils Jean et sa sœur Suzanne, il s’installa à Paris, où ce libre-penseur dreyfusard rédigea et publia des essais où se mêlent sociologie, psychologie et philosophie, presque tous chez l’éditeur Félix Alcan. Pendant ce temps, Jeanne Paulhan gagnait l’argent des siens, avec sa pension de famille… Frédéric Paulhan a également fréquenté assidûment les salles de vente, où il achetait gravures, dessins, pastels et quelques peintures, non sans un certain discernement.

En 1902, soutenu par Théodule Ribot, il postula à l'Académie des sciences morales et politiques. En vain. Il obtint le prix Jean-Reynaud en juillet 1928. Il mourut le 14 mars 1931. Sa collection de gravures et tableaux fut dispersée en 1934.