Fritz Overbeck studierte von 1889-93 an der Kunstakademie in Düsseldorf unter Eugen Dücker (1841-1916), Olof Jernberg (1855-1935) und Carl Ernst Forberg (1844-1915).
In dieser Zeit lernte er Otto Modersohn (1865-1943) und Fritz Mackensen (1866-1953) kennen. Mit beiden reiste er 1892 das erste Mal in die Künstlerkolonie in Worpswede, wo er zwei Jahre später hinzog.
1897 heiratete er seine Schülerin Hermine Rothe (1869-1937).
Drei Jahre später gestaltete er neben zahlreichen anderen Künstlern, wie Modersohn und Heinrich Vogeler (1872-1942), im Auftrag des Kölner Schokoladefabrikanten Ludwig Stollwerck die Stollwerck-Bilder.
1905 siedelte er nach Bröcken bei Vegesack über. Dort spezialisierte er sich auf Grund der ihn umgebenden Landschaft auf Strand- und Dünenlandschaften.
Auch war er Mitglied im Deutschen Künstlerbund.

Seine Werke sind von einer koloristischen Deutung der Landschaft und von einer stimmungsvollen Inszenierung einfachster Motive mit Farbe geprägt.
Besonders der Himmel als Raum des reines Lichts tritt in seinen Werken hervor.