Francis Lawrence se fait connaître dans l’univers musical en réalisant de nombreux clips pour des stars internationales, de Beyoncé à Britney Spears en passant par les Pussycat Dolls, Green Day, Gwen Stefani, Aerosmith ou Lady Gaga. Au cinéma, le natif de Vienne fait ses premiers pas avec Constantine (2005), puis Je suis une légende (2008) où Will Smith incarne le personnage principal de cette histoire post-apocalyptique. Quatre ans plus tard, il change de registre avec De l’eau pour les éléphants où il dirige le très en vogue Robert Pattinson.

Lawrence délaisse ensuite un peu le grand écran pour se consacrer à la télévision où il produit la série Kings dont il réalise trois épisodes. Il produit ensuite Touch qui marque le retour de Kieffer Sutherland. En 2012, sa carrière prend un tournant décisif lorsque Lionsgate le désigne, par défaut, pour mettre en scène Hunger Games - L’Embrasement, deuxième film tiré des romans de Suzanne Collins, sorti dans les salles françaises en novembre 2013. Il réalise, la même année, le pilote de la série très attendue Gotham, qui débute sa diffusion sur la Fox à la rentrée 2014.

Grâce au succès du deuxième volet de la franchise Hunger Games, Lawrence est reconduit à la réalisation des deux derniers chapitres Hunger Games - La Révolte : Partie 1 (2014) et Partie 2 (2015). Puis, il change de registre en faisant de Jennifer Lawrence l’héroïne badass du thriller d'espionnage Red Sparrow (2018) et met en scène trois épisodes de See avec Jason Momoa. Il retrouve ce dernier en 2022 pour le film familial La Petite Nemo et le Monde des rêves sur Netflix pour ensuite tourner Hunger Games : La Ballade du serpent et de l'oiseau chanteur, préquel de la lucrative franchise centrée sur le personnage de Coriolanus Snow.

En 2025, Francis Lawrence adapte le premier roman de Stephen King, Marche ou crève, qui possède un pitch ressemblant un peu à Hunger Games puisqu'il est question d'un "jeu" télévisé dans lequel un groupe d'adolescents doit marcher jour et nuit sans interruption aucune...