D'abord élève au lycée Paul Cézanne d'Aix-en-Provence, François Lunel part ensuite étudier le cinéma à l'Université Paris VIII. Parti à Sarajevo en 1992, il assiste le cinéaste Ademir Kenovic sur quelques documentaires : "Born in Bosnia" (1993), "Les Coulisses de Sarajevo" (1996) et "Sol en mer" (1999). A 25 ans, il met en scène son premier long métrage de fiction, Jours tranquilles à Sarajevo, un drame interprété par quelques comédiens bosniaques avec en toile de fond le conflit en ex-Yougoslavie.

Après une longue absence sur les écrans, pendant laquelle il fait des recherches, tourne et écrit un livre ("Keremma, la maison au bord de la mer"), il revient en 2009 avec les documentaires Fleurs dans le miroir, lune dans l'eau (où il filme le tournage de Visage de Tsai Ming-liang), puis L'Apparition de la Joconde deux ans plus tard. Il réalise également un long-métrage documentaire centré sur les parisiens et leurs petites histoires avec Chez Léon Coiffure, pour lequel il suit le quotidien d'un artisan du cheveu pendant plus de 5 ans, entre les deux élections présidentielles de 2007 et 2012.