Era il figlio di Girolamo Colonna, antiquario e filologo, editore dei frammenti del poeta latino Ennio. Studiò giovanissimo latino e greco, quindi si laureò in giurisprudenza all'università di Napoli nel 1589. A causa di problemi di salute, in quanto affetto da epilessia, fu costretto ad abbandonare l'attività in campo giuridico e si dedicò a studi eruditi su testi antichi di medicina, quindi di botanica e di storia naturale.
Negli anni dal 1606 ed il 1616, Fabio Colonna effettuò una serie di indagini sui fossili, riuscendo a mettere in risalto la natura organica di questi elementi.
In seguito alla pubblicazione dei suoi primi lavori di argomento botanico, quali il De purpura, raggiunse tra i naturalisti una tale notorietà da essere accolto tra i primi iscritti all'Accademia dei Lincei di Roma, aperta da Federico Cesi nel 1603. La sua attività presso i Lincei, anche in veste di consigliere e procuratore, fu particolarmente intensa negli anni seguenti. In particolare, oltre a varie pubblicazione scientifiche, curò la stesura dell'Apiario e del Tesoro Messicano, pubblicati dai Lincei rispettivamente nel 1625 e nel 1628.
Successivamente Colonna intensificò i suoi studi sia nell'infinitamente grande, grazie all'invenzione dei telescopi, sia nell'infinitamente piccolo, sfruttando i nuovi microscopi.[1]
Nel 1625 realizzò due tavole, l'Apiarium e la Melissographia, aventi come campo di indagine le api.
Si occupò altresì di musica: ideò uno strumento, il pentecontachordon, dotato di 50 corde, nel quale l'ottava è suddivisa in 17 parti e il tono in 3.[2]
Ekphrasis altera, pubblicata a Roma nel 1616, corredata da centocinquantasei tavole disegnate dallo stesso autore e con due appendici: il De Purpura e il De glossopetris dissertatio, in cui disserta sulle glossopetre dimostrandone l'origine animale.
^« Pentecontachordon. Istrumento fuor d'uso a guisa di cembalo, inventato dal napoletano Fabio Colonna al principio del secolo XVI. Le voci vi erano divise in quattro parti e cadauna avea il suo proprio tasto e la sua propria corda, onde poter esprimere i naturali rapporti de suoni in tutte le scale. L'inventore chiamò siffatto strumento lincea ed anche pentecontachordon essendo composto di 500 corde ineguali. » (Peter Lichtenthal, "Pentecontachordon". In: Dizionario e bibliografia della musica, 1836).
^« Φυτοβασανος sive plantarum aliquot historia in qua describuntur diversi generis plantæ veriores, ac magis facie, viribúsque respondentes antiquorum Theophrasti, Dioscoridis, Plinii, Galeni, aliquorúmque delineationibus, ab alijs hucusque [sic] non animaduersæ etiam piscium aliquot, plantarúmque novarum historia eodem auctore. »
