Né d'un père italien et d'une mère arménienne, Frédéric Tonolli a passé la majeure partie de son enfance à Villebon sur Yvette, commune dans laquelle il réside toujours. Il est marié, père de trois enfants et grand-père d'un petit-fils.
Frédéric Tonolli a filmé et réalisé de nombreux documentaires pour les chaînes publiques de la télévision française, collaborant en outre à des émissions comme Faut pas rêver, Thalassa ou Envoyé spécial.
Il a réalisé pour France 5 en 2009 une série de documentaires de quatre épisodes intitulée Le Secret des 7 sœurs retraçant près d'un siècle de géopolitique du pétrole, de la Norvège à l'Irak.
De 2011 à 2014, il a réalisé une nouvelle série de quatre documentaires sur des histoires d'amour dans des villes en guerre : Sarajevo, mon amour conte la romance tragique entre un serbe et une bosniaque, Berlin, mon amour est l'histoire d'un couple séparé par le Mur de Berlin, Bagdad, mon amour parle d'un soldat américain et d'une infirmière irakienne et Belfast, mon amour revient sur deux jeunes amoureux catholiques d'Irlande du Nord.
