Francis Palluau étudie la comédie à l'Atelier théâtre Charles Dullin en 1976-1977 ainsi qu'au Studio 34 de 1978 à 1980. Il met ensuite en scène au théâtre Daniel Sorano, à Vincennes, une adaptation de Léonce et Léna ainsi que la pièce La Trinité boiteuse.

Francis Palluau officie également au titre de comédien. Il se produit sur scène dans La Tour de Hugo Von Hoffmenshtal, dans Don Juan de Molière, mis en scène par Christian Croset, et dans Du Ron-ron sur les blinis de Patrick Braoudé. En 1999, il collabore à nouveau avec ce dernier sur le scénario de Deuxième vie.

En 2002, Francis Palluau réalise son premier long métrage, Bienvenue chez les Rozes, l'histoire de gangsters "pris en otage" par une sympathique famille en apparence. L'occasion pour lui de diriger Carole Bouquet, Lorant Deutsch et Michel Duchaussoy.