Françoise Decaux-Thomelet est titulaire d'un DEA : diplôme théatral et cinématographique.

Elle met en scène ses premiers courts-métrages en 1986 : 1+1-1 et Les rances, qui se verront selectionnés dans de nombreux festivals internationnaux. Deux autres seront réalisés La salle des pas perdus (1988) et La grosse (1990), qui connaîtront un système de diffusion identique.

A partir de 1993, elle commence à travailler régulièrement pour la télévision. Elle débute avec Les enfants du faubourg, lauréat du prix "Les Cent Premières Oeuvres". Trois autres téléfilms suivront.

En 1996, elle participe au projet "L'@mour est à réinventer", un programme composé de courts-métrages ayant pour thème le sida, et auquel de nombreux cinéastes dont pierre Salvadori, Philippe Faucon, Anne Fontaine, Nils Tavernier ou encore Marion Vernoux contribuent. Elle tourne dans ce cadre :Enceinte ou lesbienne.

En 2000, elle réalise son premier long-métrage de cinéma intitulé Du côté des filles avec Clémentine Célarié et Sophie Guillemin.