La actual FELGTB se funda el 28 de abril de 1992 con el nombre de “Federación Estatal de Gais y Lesbianas (FEGL)” y estuvo impulsada por COGAM, el Comité Reivindicativo y Cultural de Lesbianas (CRECUL), el barcelonés Casal Lambda, la Asociación Nos, de Granada, y por la catalana Gais Cristians.
Durante esa década, algunas asociaciones de diferentes puntos de España fueron ingresando y enriqueciendo a la FEGL, convergiendo de esta manera diferentes sensibilidades; fue la época en la que trabajamos para llevar a buen término una propuesta de ley de parejas de hecho.
En la década de los 2000, se producen el I, II, III y IV Congreso de la Federación.
En el primero, en Granada, se modificaron los estatutos, se incrementó el número de asociaciones miembro, se modificó la estructura interna y se logró notable repercusión social y mediática, gracias, en parte, a la fortaleza discursiva del nuevo presidente: Pedro Zerolo. En ese momento, la FEGL pasa a denominarse, FELG, Federación Estatal de Lesbianas y Gais.
En el segundo Congreso, la FELG incorpora la T a su nombre, denominándose desde entonces Federación Estatal de Lesbianas, Gais y Transexuales, FELGT, y se potenció la alternancia de género y la limitación de mandatos de las presidencias, así como la paridad en los órganos de gestión. Política y progresivamente el reclamo por el derecho al matrimonio se expuso como uno de los objetivos fundamentales de la organización para lograr la igualdad legal.
Con la llegada a la presidencia de Beatriz Gimeno, el matrimonio igualitario vio la luz en 2005 y, un año más tarde, se aprobó la Ley de Identidad de Género que reconocía el derecho al cambio de nombre registral para las personas transexuales, aunque con muchas limitaciones.
En 2007, en el IV Congreso, se aprobó añadir la «B» de bisexual a las siglas y al acrónimo de la entidad, consolidándose el nombre de Federación Estatal de Lesbianas, Gais, Transexuales y Bisexuales (FELGTB) y se eligió a Antonio Poveda, hasta entonces presidente del Col·lectiu Lambda de Valencia, como nuevo Presidente. Durante esta etapa, se van incorporando muchas nuevas asociaciones, se crea una oficina técnica de apoyo que profesionaliza la organización y comienzan a abrirse nuevas líneas de trabajo como Bisexualidad, Diversidad, Cultura o Educación. Además, en ese mandato la FELGTB adquiere la condición de miembro consultivo del Consejo Económico y Social de la ONU (ECOSOC), siendo la cuarta organización LGBTI en conseguir dicha condición.
En la década del 2010 tres han sido las presidencias en la FELGTB: Boti García Rodrigo, Jesús Generelo y Uge Sangil.
Durante el mandato de García Rodrigo la FELGTB se afianzó como organización feminista y se señalaron como líneas prioritarias de actuación la defensa del matrimonio igualitario, cuestionado ante el Tribunal Constitucional por el recurso de inconstitucionalidad interpuesto por el Partido Popular, el impulso de un pacto de Estado frente al VIH y el sida y el pleno respeto a la diversidad sexual, familiar y de género en el ámbito educativo.
En el mandato de Generelo España acogió por primera vez el World Pride (2017), desbordando toda cifra de participación imaginable durante los días del Orgullo y se inició la tramitación parlamentaria de la estatal Ley de Igualdad LGTBI. Durante el primer mandato de Sangil, iniciado en 2018, se ha seguido incidiendo en la aprobación urgente de la Ley de Estatal de Igualdad LGTBI, se están estableciendo sinergias con otros movimientos sociales atacados por la ultraderecha, presente por primera vez en democracia en las instituciones, y se ha fortalecido la estructura interna de la Federación, que sin modificar su acrónimo, ha pasado a denominarse Federación Estatal de Lesbianas, Gais, Trans y Bisexuales.
En 2021, durante el IX Congreso de FELGTB se aprobó incluir a las personas intersexuales así como a cualquier otra forma de diversidad o disidencia sexual a las siglas de la entidad, consolidándose así el nombre de FELGTBI+, Federación Estatal de Lesbianas, Gais, Trans, Bisexuales, Intersexuales y más. En este Congreso se reeligió a Uge Sangi, como Presidenta.
En 2022, se aprueba la Ley Trans y Igualdad LGTBI.