Fils aîné d’ Éléonore de Tolède et de Cosme 1er de Médicis, auquel il succède, il se consacre, peu intéressé par la politique, aux sciences, à la recherche, l’alchimie, l’architecture et la décoration.
Il commence une galerie de tableaux aux offices et fait exécuter son studiolo [1]. Réalisé de 1570 à 1572 sous la direction de Giorgio Vasari et sur le projet de Vincenzo Borghini , ce petit cabinet d’étude typiquement maniériste rempli de ses œuvres préférées à l’intérieur du Palazzo Vecchio de Florence [2] présente une symbolique ésotérique des quatre éléments : l’Art, la Nature, le Temps et l’Homme.
Il épouse en 1565 Jeanne d’Autriche, fille de l’empereur germanique, Ferdinand 1er du Saint Empire, qui lui donne 8 enfants, dont 2 filles qui atteignent l’âge adultes.
Il se révèle piètre souverain et gouverne de manière despotique. Ses sujets le détestent. Après la mort de sa femme en 1578, il épouse sa maîtresse Bianca Cappello , ce qui scandalise le peuple florentin qui l’accuse de débauche.
Sa mort, le 19 octobre 1587, ainsi que celle quasi simultanée de Bianca, a longtemps été attribuée à un empoisonnement perpétré par le frère et héritier de François 1er, le cardinal Ferdinand de Médicis alors que le certificat de décès mentionne la malaria.
François 1er et Bianca ont bien succombé à un empoisonnement à l’arsenic.