Avec son frère aîné Alexis (22eme joueur mondial), ils sont les nouvelles pépites du tennis de table tricolore.
Le 24 octobre 2023 à 17 ans, un mois et douze jours, il est devenu le troisième joueur le plus précoce de l'histoire à avoir intégré le top-10 mondial du classement de l'ITTF (après Japonais Tomozaku Harimoto, 14 ans en 2018, et le Chinois Zhendong Fan , 16 ans en 2013) occupant la 9eme place (5eme joueur mondial en mars 2024). Aux Jeux Européens en 2023, il avait remporté, à 16 ans, la médaille d'or en individuel en simple (en battant le Portugais Marcos Freitas) tandis que son frère Alexis (12-9-2006) gagna la médaille de bronze. Alexis avait notamment battu le n°1 mondial Fan Zhendong à Macao en avril 2023.
Félix compte deux victoires sur le circuit WTT en simple : en octobre 2023 à Antalya en battant l'Allemand Dimitrij Otcharov (six fois médaillé aux JO dont la médaille de bronze en simple en 2012 et 2021 ; finaliste en double en 2023) puis Goa en Inde fin janvier 2024 ce qui lui permet d'atteindre la 6eme place mondiale à seulement 17 ans !
Deux semaines avant sa victoire à Antalya, il s'était imposé avec Alexis en double WTT de Lanzhou en Chine. Ensemble is ont remporté la médaille d'argent aux championnats du monde par équipes en 2024 (battu par la Chine) et la médaille de bronze en double aux championnats d'Europe en 2022.
Le 21 avril 2023, Alexis a signé un exploit après avoir éliminé le n°1 mondial et vice champion olympique, le Chinois Fan Zhendong, en quart de finales au tournoi de Macao. Alexis est devenu champion de France en simple en 2022, 2023 et 2024 (en battant son frère Félix en 2023 et 2024). Ensemble ils ont remporté le titre en double en 2024 (Alexis fut aussi titré en double en 2021 avec Esteban Dorr; Félix en 2022 avec Laurent Cova). Alexis a été champion de France chez les juniors en simple en 2020 et 2021.
Félix a reçu le trophée du Ping en 2023, une récompense instauré pour la première fois en 2023 par la Fédération Française de Tennis de Table.
Leur père Stéphane Lebrun a été un ancien n°7 français, champion de France en double.