Родился в Женеве в 1655 году. Происходил из семьи женевского торговца Жака Лефорта. Отец отправил восьмого по счету ребенка учиться сначала в женевский коллегиум (средняя школа), а затем в Марсель для постижения основ коммерческой деятельности. Между тем торговля пришлась не по душе молодому человеку, который грезил карьерой военного. По возвращении в Женеву Франц Лефорт решил начать военную службу в свите курляндского герцога Фридриха-Казимира и вопреки воле отца уехал в Голландию на войну. Там он принял участие в сражениях и получил ранение. В 1674 году, когда голландская война закончилась, молодой женевец остался без средств. Набиравший военных специалистов на службу русскому царю полковник Яков ван Фростен уговорил храбреца поехать в Московию.

В 1675 году Франц Лефорт вместе с отрядом голландских наемников оказался в Архангельске, затем жил в Немецкой слободе в Москве. На русскую службу в чине капитана его приняли только через три года. Долгое время женевец служил под началом боярина князя Василия Васильевича Голицына, участвуя в боевых действиях против крымских татар. За участие в Крымском походе 1689 года он получил чин полковника и награду.

Тогда же Франц Лефорт вместе с генералом Патриком Гордоном встал на сторону царя Петра Алексеевича в его конфликте с сестрой царевной Софьей. После этого он сблизился с молодым государем. Посещая Немецкую слободу, Петр часто гостил в доме Лефорта и щедро одаривал его деньгами. В 1691 году Ф. Сенебье так описывал положение своего дяди Лефорта: «Его царское величество очень его любит и ценит его выше, чем какого-либо другого иноземца. Его чрезвычайно любит также вся знать и все иностранцы. При дворе только и говорят о его величестве и о Лефорте. Они неразлучны. Его величество часто посещает его и два или три раза в неделю у него обедает. Оба они одинаково высокого роста с тою разницею, что его величество немного выше и не так силен, как генерал. Это —монарх двадцати лет, у которого есть уже два принца. Он часто появляется во французском платье, подобно г. Лефорту. Последний в такой высокой милости у его величества, что имеет при дворе великую силу. Он оказал большие заслуги и обладает выдающимися качествами».

Дружба с царем способствовала быстрой карьере Франца Лефорта. В 1691 году его произвели в генерал-лейтенанты, в 1693 году — в полные генералы. Он участвовал в организации сначала потешных полков, а затем учебных маневров на Плещеевым озере (1692) и под деревней Кожухово (1694). В 1693–1694 годах сопровождал царя в его путешествиях в Архангельск и на Белое море. В то же время занимался наймом на российскую службу военных и морских специалистов из Европы. Лефорт блестяще показал себя во время Азовских походов 1695–1696 годов. При первом неудачном штурме Азова он командовал корпусом и лично захватил одно из турецких знамен. После этого Петр сделал своего сподвижника адмиралом, надеясь на то, ему удастся в короткие сроки построить в Воронеже военную флотилию. Франц Лефорт оправдал ожидания царя, хотя и был малосведущ в морском деле. Построенные под его руководством суда сыграли ключевую роль в блокаде и взятии турецкой крепости в июле 1696 года. За выдающиеся заслуги Петр пожаловал любимца титулом новгородского наместника, земельными владениями, золотой наградой и собольей шубой.

Идея отправиться в заграничное путешествие могла возникнуть у Петра под влиянием Франца Лефорта. Царь назначил своего друга «первым великим и полномочным послом», т.е. формальным руководителем Великого посольства, так как сам ехал инкогнито, под именем урядника Петра Михайлова. Лефорту определили свиту из четырнадцати человек и жалование 3 920 рублей. Между тем его настоящая роль сводилась главным образом к участию в церемониях, ведению официальной переписки и переводу речей государя во время дипломатических встреч и переговоров. Фактически экспедицией руководил сам государь, а решением важных административных вопросов занимался второй посол Федор Алексеевич Головин.

Голландия более других европейских государств привлекала к себе внимание Петра. Служивший там в 1670-х годы Лефорт, безусловно, поддерживал интерес царя к этой стране. Более того, семья Лефортов поддерживала тесные сношения с амстердамским бургомистром Николаасом Витсеном, весьма заинтересованным в торговле с Россией. Пока государь пребывал в Англии в начале 1698 года, первый посол вел дипломатические переговоры с Генеральными штатами Нидерландов о союзе против Турции и информировал обо всем своего царственного покровителя и друга. Женевец писал Петру письма на русском языке, но написанные латинскими буквами, весьма трогательного содержания: «Господин коммандер! Ад твоя милость не бевали письме ис Англески земля. Пужалест, пиши нам про своя здорова и как вы веселити; а я радусь буду, если вам доброй».

Летом 1698 года, после известия о стрелецком бунте, Франц Лефорт вместе с Петром спешно вернулся в Россию. Здесь он занимался преимущественно обустройством своего дворца на Яузе, только что выстроенного архитектором Д.В. Аксамитовым. В Лефортовском дворце Петр со свитой часто веселился. После празднования новоселья Франц Лефорт заболел горячкой и 12 марта 1699 года скончался. Его скорая смерть очень расстроила царя, который якобы сказал приближенным: «Уже я верного человека не имею, сей один был верен, на которого я полагаться мог». Или по другой версии: «Я потерял лучшего моего друга и притом в то время, когда он мне наиболее нужен».