Figlio di Alfonso I d'Este e di Lucrezia Borgia, nacque a Ferrara il 15 novembre 1516.
Intraprese la carriera militare divenendo capitano della cavalleria del ducato.
Sposò Maria di Cordona marchesa di Padula ma da questo matrimonio non nacquero figli. Da un'amante sconosciuta Francesco ebbe invece due bambine, Bradamante e Marfisa, poi legittimate.
Nel 1536 Francesco combattè in Lombardia aiutando Carlo V.
Ebbe il titolo di marchese di Massa Lombarda dal papa Paolo III.
Morì a Ferrara il 22 febbraio 1578.