Femme Fatale recebeu revisões geralmente positivas por parte da mídia especializada, a qual prezou a mistura de gêneros como o dance-pop e o trance. Entretanto, seus vocais foram criticados pelos analistas, que afirmaram estar processados, bem como o fato de Spears não ter escrito quase nenhuma faixa. Este fato gerou bastante controvérsia, com o artista Ryan Tedder defendendo Spears, afirmando que Frank Sinatra e Garth Brooks não compõem muitas de suas canções. Mais tarde, Spears também afirmou que o estilo do álbum era o melhor de toda a sua carreira.

Comercialmente, o disco obteve um desempenho exitoso, estreando no topo das tabelas musicais da Austrália, do Brasil, do Canadá, dos Estados Unidos, do México e da Rússia, ao passo que qualificou-se entre os dez primeiros na Alemanha, na Áustria, na Bélgica, na Dinamarca, na Finlândia, na França e em outras quinze nações. Nos Estados Unidos, Femme Fatale converteu-se no sexto álbum de Spears a debutar na primeira colocação da Billboard 200. Posteriormente, foi certificado como platina pela Recording Industry Association of America (RIAA), vendendo um milhão de cópias em território estadunidense.