Originaire d'une famille d'origine italienne, elle a grandi en France et a commencé sa carrière dans le monde du cinéma à la fin des années 1940 comme actrice de cinéma. Son premier grand rôle est celui de Madeleine Sologne dans "Les Enfants terribles" de Jean-Pierre Melville en 1949, qui a été un succès critique et populaire. Elle a également joué dans des films tels que "La Belle et la Bête" (1946), "Au revoir les enfants" (1987) et "Le Grand Bleu" (1988).
En 1957, elle épouse le réalisateur Claude Autant-Lara. Ils ont ensemble un fils, Charles, né en 1963, qui deviendra également un réalisateur de cinéma renommé.
Après son mariage, Françoise Comencini a commencé à se tourner vers la réalisation et à écrire des scénarios pour le cinéma. Elle a réalisé de nombreux courts métrages et documentaires pendant les années 1960, avant de faire ses premiers longs métrages dans les années 1970, tels que "Les Fiancés du pont Macdonald" (1974) et "Le Gendre de ma femme" (1975). Son travail a souvent abordé des sujets sociaux ou politiques sensibles, tels que la condition féminine, l'immigration, le racisme et les questions de sexualité.
Parmi ses films les plus connus figurent "Sous un ciel variable" (1979), qui aborde les questions de l'identité nationale et culturelle à travers le récit d'un couple français marié à un immigré algérien, et "Mille milles de rire" (1988), une comédie autobiographique sur la vie de son fils Charles.
En 2007, elle a reçu le César d'honneur pour l'ensemble de sa carrière. Françoise Comencini est décédée en mai 2016 à l'âge de 86 ans, laissant derrière elle une importante contribution au cinéma français.