Après une enfance et une adolescence passées dans la région parisienne, il débute comme danseur au cabaret Lido de Paris en 1960. Il obtient son premier rôle d'acteur en 1962 dans le film "Le Témoin de minuit" réalisé par Henri Decoin.
En 1964, il est choisi pour interpréter le rôle principal dans la série télévisée "Gaspard le bandit", une adaptation française du roman de Paul Féval. Il y incarne Gaspard de Coligny, un gentilhomme du XVIe siècle qui se met en quête d'aventure pour aider les pauvres et les opprimés. La série rencontre un grand succès populaire.
En 1967, il sort son premier album de chansons intitulé "C'est ma vie". Il y interprète des titres comme "La fille à moi" et "Ma liberté", qui rencontrent également un certain succès.
Pour poursuivre sa carrière, il décide d'émigrer aux États-Unis en 1970. Il obtient de nombreux rôles dans des séries télévisées américaines comme "L'Île fantastique" et "Les Richesses du cœur". En 1972, il revient en France pour tourner le film "Le Vaisseau fantôme" aux côtés de Jean-Paul Belmondo.
Il s'installe définitivement à Los Angeles au milieu des années 1970 et poursuit sa carrière d'acteur, apparaissant dans de nombreuses séries télévisées américaines et en tant que narrateur dans des documentaires scientifiques. Il revient régulièrement en France pour tourner des films et des publicités.
François Stall est également un écrivain prolifique. Il a publié plusieurs livres d'histoire, de philosophie et de spiritualité. En 2015, il publie son autobiographie intitulée "Ce que j'ai vécu".
En 2018, il est honoré du prix Lumière pour l'ensemble de sa carrière. Il s'agit d'un prix récompensant les réalisations exceptionnelles des acteurs et actrices français de cinéma et de télévision.
Au cours de sa longue carrière, François Stall a su se démarquer par son charisme et sa versatilité. Il est considéré comme un des grands acteurs francophones de notre temps.