Народився 14 квітня1992 року в місті Копенгагені. Розпочав навчання у юнацьких командах рідного міста.
2007 року Соренсен приєднався до академії «Люнгбю», підписавши контракт до 2013 року.
27 серпня2010 року, на правах оренди перейшов в «Ювентус». Спершу він потрапив у прімаверу туринців, але незабаром, після травм Леандро Рінаудо та Зденека Григери, які вибули на тривалий термін, Фредерік був переведений в основну команду. Соренсен вперше був викликаний в основу на матч проти «Болоньї», але в підсумкову заявку не потрапив. Зате вже в наступному матчі він був серед запасних в грі проти «Мілана». У наступному матчі чемпіонату Італії проти «Чезени», що відбувся 7 листопада, Соренсен дебютував за першу команду, склавши разом з Леонардо Бонуччі центральну пару захисників[1]. На наступний матч проти «Роми» Фредерік замінив в основі Марко Мотту[2]. Спочатку данець грав на позиції центрального захисника, але пізніше він став награватися як правий захисник. 13 лютого2012 року данський футболіст у матчі проти «Інтера» став автором гольової передачі на Алессандро Матрі; в підсумку цей гол виявився єдиним у всій зустрічі[3] Своєю грою Серенсен заслужив довіру тренера, який продовжував випускати футболіста в основі, навіть після повернення конкурентів Фредеріка за місце на полі.
Всього ж в сезоні 2010/11 Соренсен взяв участь в 17 матчах чемпіонату Італії. По завершенні сезону «Ювентус» за орендним договором мав першочергове право викупу на Серенсена[4], чим і скористався.
У січні 2012 року було оголошено про перехід Серенсена в «Болонью». 17 січня данський захисник провів своє перше тренування у стані своєї нової команди[5]. Він дебютував за клуб 1 квітня у зустрічі проти «Палермо», де забив гол на 50-й хвилині, однак червоно-сині не змогли втримати перемогу та програли 1:3[6]. Наразі встиг відіграти за болонську команду 27 матчів в національному чемпіонаті.