Après des études primaires et secondaires en France, il part à Paris pour poursuivre ses études musicales au Conservatoire de Paris. Il y obtient son diplôme avec mention très bien. Parallèlement à ses études, il commence sa carrière de chanteur d'opéra dans des petites compagnies. Sa voix remarquable et sa charismatique personality le rendent rapidement populaire auprès du public français.
En 1970, Fleury rencontre le compositeur Jean-Michel Jarre à Paris. Ils deviennent vite amis proches et collaborent ensemble sur plusieurs projets musicaux. Le premier grand succès de François Fleury est la chanson "L'Amour" en 1972, qui devient un tube en France et démarre sa carrière solo.
En 1975, il participe à l'enregistrement de l'album éponyme de Jean-Michel Jarre, qui est un phénomène international et contribue grandement à la popularité de Fleury. À partir des années 1980, François Fleury devient également acteur de théâtre et de cinéma. Il apparaît dans plusieurs films français et européens, dont les plus connus sont "Les Misérables" en 1995 et "Le Hussard sur le toit" en 2012.
En 2010, Fleury fonde sa propre compagnie de théâtre à Paris, qui produit des pièces classiques et modernes. Depuis cette année, il est également professeur de chant à l'École nationale de chant et d'art dramatique de Paris.
François Fleury a été marié deux fois. Il a eu trois enfants : une fille, Lucie, née en 1973, un fils, Maxime, né en 1980, et une fille, Blandine, née en 2005.
Aujourd'hui, François Fleury est considéré comme l'un des plus grands artistes français de tous les temps. Il continue à chanter, à acter, à enseigner et à produire des spectacles de théâtre.