Nada se sabe de sus orígenes ni de sus estudios musicales; sin embargo, de acuerdo al Libro de Actas del Cabildo de la Catedral Metropolitana de México, en agosto de 1621 Ximeno se desempeñaba como organista en el convento de la Encarnación de Madrid y el 18 de junio de 1622 se le otorgó licencia para ir a la Nueva España. Llegó a México desde Castilla en 1622 para trabajar como organista en la Catedral de Ciudad de México. Para 1623 era ya segundo organista de dicho templo; dotado de gran talento artístico, llegando a recibir una paga de 1000 pesos de oro común, que doblaba la de Juan Ximeno, primer organista, ya que además se dedicaba a la organería (construcción, arreglo y afinación de órganos) y más tarde sus servicios fueron solicitados en los templos más importantes del valle de México y sus alrededores.

Según las actas capitulares de la catedral de Puebla, el 30 de enero de 1635 estuvo allí para desempeñar este oficio. El 28 de noviembre de 1642 aparece como primer organista de la catedral de México, y al morir Luis Coronado, fue nombrado maestro de capilla el 31 de marzo de 1648. Pocos meses después dirigió una carta alas autoridades eclesiásticas de la catedral pidiendo se le aceptara la dimisión del magisterio de capilla. En la misma, solicitaba la contratación de su sobrino y alumno, el bachiller Francisco Vidales, como ayudante en el órgano, alegando “cuán eminente organista ha de ser”, acerca de lo cual el cabildo debía estar en conocimiento. Debió correr de su cuenta el pago de su sobrino, a quien asignó cien pesos de salario.

Se preocupó de mejorar la capilla musical y trajo algunos ministriles de Puebla.  En 1651 la capilla musical sufrió un recorte salarial: A Ximeno se le rebajaron 120 pesos anuales. Viéndose particularmente afectado por la circunstancia de compartir su salario de organista con Vidales, dirigió nuevamente una carta al cabildo, expresando el agravio que le había causado tal situación. Pasaron tres años para que, “atento al cuidado y puntualidad con que acude a su ministerio”, se le decretara un aumento de salario de 50 pesos a Vidales.

En sus últimos años sobreactuó al ser al mismo tiempo el organista catedralicio. Desempeñó tal oficio con la aprobación general hasta su muerte. Su sucesor fue Francisco López Capillas.  En su testamento, legó a su sobrino “la mitad de los papeles de música y un monocordio”, y tanto a él como a su madre, doña María de Vidales, mandó se le dieran 25 y 20 pesos, respectivamente.

En el archivo de la catedral poblana se hallan sus misas “Quatri toni” y “Missa de la Batalla Sexti toni”, a once y a ocho, respectivamente; y sus motetes para la Semana Santa. En la “Misa de la batalla” sigue la tradición de este tipo de misas, inaugurada por Clement Jannequin. En el archivo de la catedral de la ciudad de México se guardan tres salmos suyos, y en la colección Sánchez Garza se encuentra el villancico “Ay galeguiños” a cinco, con coplillas, para coro de tiple, tiples primero y segundo, tenor y bajo, y una misa (incompleta). Otra música suya se guarda en la colección Edward E. Ayer de la Biblioteca Newberry de Chicago, en Estados Unidos . Sus obras polifónicas siguen el estilo de Palestrina.

Ejemplares de sus composiciones se conservan en el Archivo de la Catedral de Puebla de los Ángeles, en el Centro Nacional de Investigación, Documentación e Información Musical Carlos Chávez, de México (CENIDIM) y en la Newberry Library, de Chicago (Estados Unidos). Sin embargo, parece que se conservan muy pocas piezas de Fabián Pérez Ximeno, dado lo mucho que debió escribir. Su obra musical parece tener continuidad en las composiciones de Francisco Vidales, sobrino y discípulo suyo.