Francesca Leone è nata a Roma in una famiglia di artisti, figlia del regista italiano Sergio Leone.
Ha iniziato a esporre nel 2007 con una mostra ai Musei Capitolini, seguita da "Riflessi e Riflessioni" nella Loggia di San Bartolomeo di Palermo nell'aprile 2008. Alla fine dello stesso anno le è stata dedicata la personale "Primo Piano" da Palazzo Venezia a Roma, esposta poi nel 2009 a Castel dell'Ovo di Napoli.

Lo stesso anno è stata invitata al Moscow Museum of Modern Art (MMOMA) e nominata Membro Onorario dell'Accademia Russa di Belle Arti. Ha partecipato alla Biennale di Venezia nel 2011 e 2013. Nel 2014, Francesca Leone è stata la protagonista di tre personali: una al MAC - Museo d'Arte Contemporanea di Santiago de Chile - una al MACBA - Museo d'Arte Contemporanea di Buenos Aires - e un'altra al Museo dell'Accademia di Belle Arti di San Pietroburgo. Il 2015 è iniziato con una sua personale a Singapore, e terminato con la mostra monumentale "Our Trash" alla Triennale di Milano. Nel 2017 ha presentato "Giardino" al MACRO di Roma. Danilo Eccher ha inoltre curato la sua mostra "Monaci" al Reale Ospizio dei Poveri di Palermo, simultaneamente a Manifesta 12. Termina il 2018 con la grande personale "Domus" al Palacio de Gaviria di Madrid. Curata da Danilo Eccher, questa mostra incapsula il lavoro dell'artista degli ultimi tre anni. Nel 2021 Andrea Villani ha curato la sua personale alle Gallerie d'Italia di Milano, intitolata "Ulteriori gradi di libertà, nella città che resiste". Nel 2022 la collaborazione con Danilo Eccher risulta in "Take Your Time", evento collaterale alla 59esima edizione della Biennale di Venezia che prese luogo nel Salone Verde.