生于明尼苏达州的圣保罗，卒于加利福尼亚州的旧金山。自明尼苏达大学毕业后，在美国驻日本军队服役三年，在当地教授英语并自学日语。1961年获得密歇根大学博士学位，随后近10年在俄亥俄州立大学任教。1971年任教于加利福尼亚大学伯克利分校并成为该校终身教授。1979年成为美国语言学会（the Linguistic Society of America）研究员，1990年任主席。2000年获得芝加哥大学荣誉博士学位，2012年获得计算机语言学会终身成就奖。

菲尔墨终身致力于句法-语义的接口问题的研究，且不同时期研究具有鲜明的时代特色和里程碑意义。20世纪60年代中期以前，菲尔墨深受A.N.乔姆斯基的影响，是转换生成语法的追随者。此后，菲尔墨逐渐认识到过分强调句法作用的弊端，于1968年发表了“格辨”（The Case for Case），在配价语法的基础上首次提出了“格语法”（case grammar），重点研究深层结构中的“语义格”（semantic case），认为谓语动词与做论元的名词短语之间存在内在的语义关系，如施（agent）、受事（patient）、工具（instrument）等。这些深层语义格不会随句法位置不同而改变，变化的只是表层句法功能。菲尔墨在格语法中还提出了深层格框架（deep case frame）的概念，认为在深层结构中，一个动词可能总是与某些语义格连用才能生成正确的句子。他将格语法的分析方法用于英语和日语，并为20世纪70年代中期提出的框架语义学（frame semantics）奠定了基础。格语法为句法-语义接口问题提供了一个崭新的解决方案，成为菲尔墨语言研究的第一个里程碑。但是，格语法在发展过程中也存在一些问题，譬如格的数目如何确定、格的变异如何处理等。

20世纪70年代，菲尔墨发表《意义理论的新路径》疑问，借助系统论的“框架理论”（frame theory）发展了深层格框架理论，并于1982年发表“框架语义学”一文。深层格框架理论将深层格框架发展为概念框架（conceptual structure），认为词语意义的理解与描述需要特定的框架知识结构，后者是基于经验建构的一个概念结构或范畴。概念结构中涉及的概念成分之间相互关联，任何一个成分都会激活其他成分。换言之，任何词义的理解都会激活有关的概念框架，而句法的表达则需要考虑从不同视域做出的选择。此理论最经典的例子就是菲尔墨1977年论述的“商务事件框架”（commercial event frame）。买卖是基于体验而形成的一个商务事件框架，其中必然会涉及买主（buyer）、货物（goods）、卖主（seller）、钱款（money）四个基本概念成分。从不同的视域观察这一事件，不同的成分关系就会被突显，语码化的结果也会不同。框架语义学理论借助基于体验归纳而来的概念结构在一定范围适度地确定了参与者角色，从整体论角度阐明了词义内部的结构关系及其对句法表达的影响，较好地解决了格语法理论中语义格切分严格、总清单无法确定的问题。但也有一些遗留问题，譬如框架语义学的关注重点仍然在于与动词相关的语义角色及其之间的关系，对整体框架如何影响语义和句法组配的阐释尚且不足。

20世纪80年代中期以来，菲尔墨受认知语言学影响，开始探索形义合一问题。1985年发表《句法介入与语法构式》一文，首次提出了构式语法（construction grammar）的概念，并随后发文探索构式语法的理论框架，包括1987年的“构式语法的目标”（The goals of construction grammar），1988年的“构式语法的运行机制”（The mechanism of construction grammar）。1988年和1999年，菲尔墨与他人合作，相继在《语言》上发表《语法构式中的规则性和习语性：以let alone为例》和《构式语法与语言概括：以What's X Doing Y构式为例》两篇论文，以习语为例深入探讨了构式语法的解释力，成为构式语法的经典之作。文中，菲尔墨批判了生成语法学派的模块论和转换论，指出习语研究不能仅从纯句法角度做出预测。他认为习语是在“语义-语用-句法”上具有整体特征的形义配对体，可与核心句法一样在构式语法框架下做出统一解释。由此，菲尔墨树立了自己语言研究历程中的第三个里程碑。从某种意义上说，这三个里程碑式的转变引领着语言学研究的方向。

菲尔墨于1997年创建“框架网络”（Framenet）项目，将框架语义学概念与词典学结合，以框架与词汇、框架与框架、框架成分与成分之间的对应关系为基础描写词义关系，着手建立基于语料库的计算机词典。