Als Sohn einer armen Bauernfamilie im Norden New Yorks begann F. W. Woolworth seine Karriere als Angestellter in einem Gemischtwarenladen im örtlichen Marktzentrum. Beeindruckt vom Erfolg eines Ausverkaufs für fünf Cent kam er auf die neuartige Idee, ein Geschäft zu gründen, das eine Vielzahl von Artikeln zu diesem Preis in großen Mengen verkauft. Mit 300 Dollar Inventar, das ihm sein Arbeitgeber vorgestreckt hatte, eröffnete Woolworth 1879 ein kleines Geschäft in Utica, das jedoch bald scheiterte. Bis 1881 hatte Woolworth jedoch bereits zwei erfolgreiche Geschäfte in Pennsylvania. Durch das Hinzufügen von Zehn-Cent-Artikeln konnte er sein Inventar stark vergrößern und erwarb damit einen einzigartigen institutionellen Status, der für den Erfolg seiner Filialen sehr wichtig war.
Das Wachstum von Woolworths Kette war schnell. Das Kapital für neue Filialen stammte zum Teil aus den Gewinnen der bereits betriebenen und zum Teil aus Investitionen von Partnern, die Woolworth als Manager der neuen Einheiten einsetzte. Anfänglich waren viele der Partner Woolworths Verwandte und Kollegen.
Überzeugt davon, dass der wichtigste Faktor für den Erfolg der Kette darin bestand, die Vielfalt der angebotenen Waren zu erhöhen, zog Woolworth 1886 nach Brooklyn, New York, um in der Nähe von Großhandelslieferanten zu sein. Außerdem übernahm er den Einkauf für die gesamte Kette. Ein großer Durchbruch gelang ihm, als er beschloss, Süßigkeiten auf Lager zu nehmen, und er konnte die Großhändler umgehen und direkt mit den Herstellern verhandeln. Da er sich der Bedeutung der Warenpräsentation bewusst war, übernahm Woolworth die Verantwortung für die Planung der Schaufenster- und Thekengestaltung für die gesamte Kette und entwickelte die vertraute rote Ladenfront, die zum institutionellen Markenzeichen wurde.
Der Erfolg der Kette zwischen 1890 und 1910 war phänomenal. Bis 1912 zählte das Unternehmen 631 Filialen, die einen Jahresumsatz von 60.558.000 Dollar erwirtschafteten. In jenem Jahr fusionierte Woolworth mit fünf seiner führenden Konkurrenten und bildete einen Konzern mit einem Kapital von 65 Millionen Dollar. Im nächsten Jahr baute er für 13,5 Millionen Dollar das Woolworth Building in der New Yorker Innenstadt, den damals höchsten Wolkenkratzer der Welt.
Bis 1915 verbrachte Woolworth einen Großteil seiner Zeit in Europa. Als er 1919 starb, war die F. W. Woolworth Company mit über 1.000 Geschäften das vielleicht erfolgreichste Einzelhandelsunternehmen der Welt.