В 1815 году его определили в Академию художеств. На картины начинающего художника обратил внимание Президент Академии художеств, директор Императорской публичной библиотеки А.Н. Оленин, он стал привлекать Солнцева для исполнения различных работ и заказов, нацеливая на художественно-археологические исследования. В 1829 г. Ф.Г. Солнцев исполнил рисунки Рязанских древностей: драгоценные бляхи, бармы, перстни. Эта работа окончательно связала жизнь и творчество Федора Григорьевича с археологией: современники называли его исключительно художником-археологом, а впоследствии его полувековая художественно-археологическая деятельность была отмечена золотой медалью Императорского Русского Археологического общества. С конца 20-х гг. XIX в. Ф.Г. Солнцев стал главным помощником А.Н. Оленина в издании археологических трудов. В начале 1830 года он рисовал “Керченские” и “Фанагорийские древности”. В 20-е годы XIX в. А.Н. Оленин привлек Солнцева к работам по созданию проектов различной форменной одежды.
Отец его, крепостной человек гр. Мусина-Пушкина , поместил сына в своекоштные ученики Академии Художеств (в 1815 г.). Здесь, занимаясь под руководством С. Щукина и А. Егорова , Солнцев быстро выказал успехи в живописи. При окончании академического курса в 1824 г. за картину «Крестьянское семейство», он получил малую золотую медаль, а в 1827 г. за картину «Воздадите Кесарево Кесарю, а Божия Богови» — большую золотую медаль.
После этого Солнцев оставил Академию и некоторое время добывал средства к жизни уроками рисования, писанием портретов и т. п. Тогдашний президент Академии А. Оленин стал направлять Солнцева на ту дорогу, на которой Солнцев потом получил известность. Благодаря Оленину, молодой художник сделался археологом-рисовальщиком и на всю жизнь приковался к исследованию и изображению различных памятников старины.
В 1830 г. по Высочайшему повелению он был отправлен в Москву и другие места Империи «для срисовывания старинных наших обычаев, одеяний, оружия, церковной и царской утвари, скарба, конской сбруи и прочих предметов». Солнцев тщательно воспроизводил акварелью всякую старинную вещь, имеющую какое-либо историческое значение, и все свои рисунки пересылал Оленину, который постоянно руководил этими работами (особенно первые годы) и давал ему подробные инструкции.
За свои работы Солнцев причислен в 1833 г. к Академии и к Кабинету Его Величества. С этой поры начинается целый ряд поездок Солнцева по старинным городам России для срисовывания отечественных древностей. До 1836 г. он работал в Новгороде, Рязани, Москве, Торжке и других городах; в Москве занимался в Оружейной палате, в Успенском и Архангельском соборах и в других местах. Срисовывая и подробно исследуя царскую утварь в Оружейной палате, он сделал открытие, что так называемые венец и бармы Мономаха изготовлены при царе Михаиле Феодоровиче , в Греции.
Кроме того, он делал наезды в Рязань, Юрьев-Польский, Смоленск и другие города. В конце 1835 г. он получил от Академии программу для получения звания академика: написать картину «Встреча великого князя Святослава с Иоанном Цимисхием». Через год эта картина (находится в музее императора Александра III ) была окончена, и Солнцев сделан академиком. Почти одновременно с этим Солнцев занимался восстановлением древних царских теремов в Кремле, сочинил проекты их реставрации и по ним терема к концу 1836 г. были возобновлены вполне. Император Николай , веривший безусловно в познания Солнцева, поручил ему срисовать многие из вещей, находящихся в Оружейной палате и в Благовещенском соборе.
Из громадного количества солнцевских рисунков, изображающих древности, — а их всего наберется более 3000 — ни один не миновал глаз Государя. Исполняя его поручение, Солнцев определил, между прочим, что так называемая корона Астраханского царства сделана при Михаиле Феодоровиче, а корона Сибирская — при Алексее Михайловиче .
С 1837 по 1843 г. Солнцев работал преимущественно в Москве, хотя и посещал другие старинные города. В то же время он принимал участие в устройстве московского Большого Дворца, построенного на месте прежнего, сгоревшего в 1812 г. Когда, в 1843 г., Оленина не стало, Государь взялся сам руководить Солнцевым и отправил его в Киев для срисовывания и восстановления тамошних древностей. Отсюда начинается новая эпоха карьеры Солнцева, продолжавшаяся десять лет.
Летом он трудился обыкновенно в Киеве, а на зиму перебирался в Санкт-Петербург, куда привозил с собой каждый раз от 80 до 100 рисунков, которые были представляемы им Государю. Осматривая Киево-Софийский собор, он открыл там стенные фрески XI века. Не ограничиваясь этим открытием, которое можно считать одной из важнейших заслуг Солнцева, он приступил по Высочайшему повелению к восстановлению внутренности означенного собора по возможности в том виде, какой она имела, и окончил этот труд в 1851 г. Сверх того, Солнцев снимал виды некоторых храмов, делал рисунки внутренности собора Киево-Печерской лавры, участвовал во временной комиссии для разбора древних актов Юго-Западной России, учрежденной в 1844 г., и был назначен в члены комитета для издания снятых им рисунков. Это издание продолжалось с 1846 по 1853 г. и составило шесть громадных томов «Древностей Российского Государства», в которых большая часть рисунков (до 700) принадлежит Солнцеву Крымская война, кончина императора Николая I и наступление эпохи реформ в царствование его преемника на престоле — все это отодвинуло Солнцева на второй план. Тем не менее, с 1853 г. он работал для Санкт-Петербургского Исаакиевского собора, исполнял заказы Святейшего Синода, каковы, например, рисунки антиминсов, изображения святых для помещения в молитвенниках, святцы и т. п.; в течение восьми лет он заведовал работами по изготовлению иконостасов для церквей западных губерний.
С 1859 г. Солнцев снова получает официальные командировки (например, во Владимир на Клязьме) и причисляется к императорской археологической комиссии. Ввиду его заслуг Академия Художеств в 1863 г. дала ему титул ее почетного вольного общника. В 1876 г. было торжественно отпраздновано 50-летие деятельности Солнцева, причем поднесена ему выбитая в его честь золотая медаль и он возведен в звание профессора.
Не обладая особенно ярким художественным талантом, Солнцев занял весьма видное место в истории русского искусства своей неутомимой деятельностью на поприще изучения художественных памятников отечественной старины: им исполнено несчетное количество рисунков всякого рода древностей России, из которых многие были потом изданы и составили драгоценный вклад в нашу археологию.
Очень любопытны также рисунки простонародных, теперь по большей части уже исчезнувших, костюмов разных местностей России, которые Солнцев с любовью изучал и воспроизводил во время своих путешествий; наконец, ему многим обязаны как русское иконописание, так и орнаментистика построек и утвари, преимущественно церковной.
Н. Собко