Forsthoff besuchte bis 1912 die Volksschule und anschließend das Gymnasium in Mülheim an der Ruhr, wo er 1921 das Abitur erhielt. Danach begann er das Studium der Rechtswissenschaften an der Universität Freiburg im Breisgau, wechselte 1922 nach Marburg an der Lahn und ging nach einem weiteren Semester in Freiburg im Breisgau nach Bonn.

Forsthoff war politisch und religiös stark durch seinen Vater geprägt, der zeitweilig mit der Dialektischen Theologie sympathisierte, in der Weimarer Republik einer rechtslutherischen Ordnungstheologie zuneigte und seit den frühen 1930er Jahren ein prominenter kirchlicher Fürsprecher des Nationalsozialismus und der sog. Deutschen Christen wurde. Prägend für Forsthoff war außerdem das Studium in Bonn bei Carl Schmitt (1888–1985), bei dem er 1925 zum Dr. iur. promoviert wurde. Er rezipierte Schmitts Verfassungstheorie in seinen ersten Arbeiten und entwickelte sie für Spezialfragen des Bundesstaatsrechts weiter. Forsthoff stand mit Schmitt v. a. in den ersten Jahren der Bundesrepublik weiter in engem Austausch und gilt als einer seiner wichtigsten Schüler.

Nach der Habilitation für Staats-, Verwaltungs-, Kirchen- und Völkerrecht in Freiburg im Breisgau bei Fritz Freiherr Marschall von Bieberstein (1883–1939) publizierte Forsthoff als Privatdozent meist unter Pseudonym in konservativ-revolutionären Zeitschriften (u. a. „Der Ring“). Zu Beginn der NS-Herrschaft profitierte er von der Vertreibung jüdischer Wissenschaftler, indem er 1933 Nachfolger von Hermann Heller (1891–1933) als Professor für Staatsrecht in Frankfurt am Main wurde. Mitte 1933 publizierte Forsthoff die Broschüre „Der totale Staat“ als Apologie der Diktatur Adolf Hitlers (1889–1945) mit scharf antisemitischen Passagen, durch die er sich als staatsrechtlicher Deuter des Nationalsozialismus einen Namen machte. Zugleich akzentuierte die Schrift die Rückbindung der charismatischen Herrschaft an Staat und Recht. Den Begriff des totalen Staates übernahm Forsthoff aus Schmitts Weimarer Verfassungstheorie und gab ihm eine spezifisch auf den NS-Staat bezogene Bedeutung. Die Diktatur sollte nicht nur dynamische Bewegung mit einem charismatischen Führer, sondern zugleich autoritärer Verwaltungsstaat sein. 1937 wurde Forsthoff Mitglied der NSDAP.

Forsthoffs Versuch, den NS-Staat aus nationalprotestantischer Sicht für eine neue Art des staatlichen Kirchenregiments in die Pflicht zu nehmen („Die staatliche Totalität und die evangelische Kirche“, 1933), war zum Scheitern verurteilt. Er engagierte sich während der NS-Zeit in der Evangelischen Kirche, u. a. als Rechtsgutachter gegen die von Heinrich Himmler (1900–1945) und der SS forcierte Profanierung der Stiftskirche St. Servatius in Quedlinburg, ferner in der Pfarrerausbildung und der kirchlichen Gerichtsbarkeit sowie seit 1941 als Herausgeber des „Archivs für Evangelisches Kirchenrecht“.

Seit 1935 nahm die Frage der Bedeutung von Verwaltungen und Verwaltungsrecht im totalitären Staat in Forsthoffs Überlegungen immer größeren Stellenwert ein. In mehreren Texten, v. a. seiner sehr einflussreichen Schrift „Die Verwaltung als Leistungsträger“ (1938) beschrieb er die Sicherung von sozialer Ordnung durch Infrastrukturen der Versorgung, Planung und Risikosteuerung als politische Schüsselfunktion von Verwaltungen in der Moderne. Die ideengeschichtliche Bedeutung dieses Arguments liegt v. a. in der Beschreibung der „Daseinsvorsorge“, die Forsthoff 1938 mit diesem Begriff definierte. Diese sozialtheoretische Beschreibung einer neuen Form von Abhängigkeit, Macht und Stabilität führte Gedanken von Émile Durkheim (1858–1917), Léon Duguit (1859–1928) und Max Weber (1864–1920) weiter und nahm spätere Überlegungen von Autoren wie Karl Polanyi (1886–1964) und Michel Foucault (1926–1984) zum Strukturwandel liberaler Gouvernementalität vorweg.

Forsthoffs Analyse steht am Ende einer Epoche des Verwaltungsrechts, die seit dem letzten Drittel des 19. Jahrhunderts dieses Rechtsgebiet systematisch vom „Vorrang und Vorbehalt des Gesetzes“ her konzipiert hatte, d. h. von der Dialektik aus rechtlicher Einhegung und Ermächtigung der Verwaltung durch gesetzlich definierte Eingriffsbefugnisse. In diesem Modell des rechtsstaatlichen Verwaltungsrechts war jedoch der Bereich der leistenden und planenden Verwaltung nur indirekt, nämlich durch Ausgrenzung mitgedacht: Die Beschränkung auf die Legalisierung von Eingriffen sicherte der planenden, v. a. der Infrastrukturverwaltung einen von Rechtsbindungen weitgehend freigestellten Aktionsraum. Forsthoff sah früh, dass dies den Anforderungen an ein modernes Verwaltungsrecht nicht entspricht.

Nach Stationen in Hamburg 1935 als Nachfolger von Kurt Perels (1878–1933), in Königsberg (Preußen, heute Kaliningrad, Russische Föderation) 1936 und Wien 1941/42, wo der Gauleiter und Reichstatthalter Baldur von Schirach (1907–1974) gegen seine Berufung opponierte, weshalb er das Lehramt nie antrat, wurde Forsthoff 1943 als Nachfolger von Gerhard Anschütz (1867–1948) in Heidelberg berufen und 1946 aufgrund seiner NS-Vergangenheit entlassen. Während seines letztlich erst 1952 mit der Rückkehr nach Heidelberg abgeschlossenen Entnazifizierungsverfahrens lebte er vorwiegend von publizistischen Arbeiten v. a. für den Nordwestdeutschen Rundfunk, die sich u. a. mit dem Verfassungsprozess der Nachkriegszeit beschäftigten, sowie von Beratungstätigkeiten, u. a. für den schleswig-holsteinischen Ministerpräsidenten Theodor Steltzer (1865–1967).

In den 1950er Jahren stieg Forsthoff zum intellektuell führenden und über die Fachgrenzen hinaus viel beachteten Vertreter des Öffentlichen Rechts in der Bundesrepublik auf. Sein „Lehrbuch des Verwaltungsrechts“ (Bd. 1 1950, 101973), dessen Konzeption unvollendet blieb, ist als anspruchsvoller Versuch einer Integration von Rechtsdogmatik, Verwaltungslehre und politischer Theorie im deutschen Verwaltungsrecht bis heute bedeutsam. Vor allem aber wirkte Forsthoff durch seine verfassungsrechtliche Kritik an dem politischen Arrangement von Sozialstaatlichkeit, Industriekapitalismus und wirtschaftspolitischem Korporatismus, das die Zeit des „Wirtschaftswunders“ prägte. Berühmt wurde sein Vortrag „Begriff und Wesen des sozialen Rechtsstaates“ (1953), worauf der Politikwissenschaftler Wolfgang Abendroth (1906–1985) in einer Replik die Position des reformistischen Sozialismus für die Bundesrepublik erneuerte. Nicht zuletzt durch Jürgen Habermas’ (geb. 1929) frühe Schriften hat diese sog. Forsthoff-Abendroth-Kontroverse nachhaltig gewirkt. Im Kern versuchte Forsthoff, Max Webers Hypothese vom inneren Zusammenhang von Kapitalismus und rationalem Formalrecht normativ für ein Modell des Rechtsstaats zu reklamieren, der abgesehen von Ertragssteuern keine Eingriffe mit Verteilungswirkung zulassen sollte und auf diese Weise zugleich ein konservatives Modell des Steuerstaates dogmatisierte. Aus heutiger Sicht waren Forsthoffs begriffliche Alternativen nicht überzeugend gefasst; die Eigenart der politischen Ökonomie der Bundesrepublik und ihres korporatistischen Steuerstaatsmodells blieb stark unterreflektiert. Seine politisch-verfassungsrechtlichen Analysen der Bundesrepublik fasste Forsthoff 1971 in „Der Staat der Industriegesellschaft“ zusammen.

Von 1957 bis 1971 veranstaltete Forsthoff im oberfränkischen Ebrach jährliche Ferienseminare für fortgeschrittene Studierende und junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit prominenten Gästen, u. a. Carl Schmitt, Arnold Gehlen (1904–1976), Joachim Ritter (1903–1974), Helmut Schelsky (1912–1984) und Niklas Luhmann (1927–1998). Auf Vorschlag von Erzbischof Makarios III. (1913–1977) wurde Forsthoff 1961 Präsident des Verfassungsgerichts der Republik Zypern, trat aber in der Verfassungskrise des Jahres 1963 von diesem Amt zurück, weil er die Autorität des Gerichts durch die politischen Instanzen missachtet sah. Nach seiner Emeritierung 1967 lebte Forsthoff in Heidelberg.

Bis heute gehört Forsthoff zu den wichtigsten Theoretikern des Verwaltungsstaats, der nicht zuletzt auf die soziologische Beschäftigung mit dem Phänomen Verwaltung, beispielsweise bei Luhmann, großen Einfluss gehabt hat. Zu seinen bedeutenden Schülern gehören so unterschiedliche Juristen wie Karl Doehring (1919–2011), Roman Schnur (1927–1996), Ernst-Wolfgang Böckenförde (1930–2019) und Bernhard Schlink (geb. 1944).