Сын известного скульптора и архитектора Бартоломео Карло Растрелли (1675—1744), обрусевшего итальянца. Наиболее яркий представитель русского барокко и так называемого елизаветинского барокко.
Франческо Растрелли родился в семье известного впоследствии скульптора Бартоломео Карло Растрелли, имевшего также и архитектурное образование. В это время флорентиец Карло Растрелли работал при дворе Людовика XIV, а после его смерти в 1715 году вместе с семьёй был приглашён Петром I в Россию.
Первоначальное профессиональное образование Франческо получил под руководством своего отца. С 1725 по 1730 год проходил обучение в Европе, предположительно в Италии и во Франции. К наиболее ранним работам архитектора относится дворец князя Кантемира вблизи Потешного поля в Петербурге (1721-1727). Эта постройка Растрелли ещё сохраняла черты петровского барокко и ничем не отличалась от подобных сооружений.
Первые выдающиеся произведения Растрелли были осуществлены в Курляндии. Здесь в 1730-е годы для герцога Бирона он строит Рундальский дворец и дворец в Митаве. Тогда же Растрелли становится обер-архитектором императриц Анны Иоанновны и Елизаветы Петровны.
Период расцвета архитектора начался с постройки для императрицы Елизаветы Петровны деревянного летнего дворца в Санкт-Петербурге (1741—1744 годы; не сохранился). Затем последовали многочисленные городские дворцы и пригородные усадьбы, такие как дворец Воронцова (1749—1752), Строгановский дворец (1753 — 1754 годы). С 1747 по 1752 год архитектор посвятил себя работе над Большим дворцом в Петергофе. В 1747 году был создан эскиз Андреевского собора в Киеве, в 1752 — 1757 — перестройка Екатерининского дворца, постройка павильона «Эрмитаж» (1748-1752) и грота (1755-1762) в Царском Селе (ныне — город Пушкин), дворец в Ропше.
Две его наиболее известные работы — это ансамбль Смольного монастыря (1748 — 1757) и Зимний дворец с его знаменитой Иорданской лестницей (1754 — 1762).
В 1750-1760-х годах Растрелли жил в доме на Невском проспекте (современный адрес - Невский, 46). В 1758 году по его проекту началось строительство Гостиного двора, которое вскоре было приостановлено. Трудности заключались в неприятии проекта купцами, которые посчитали его слишком дорогим. Стиль барокко стал считаться немодным, заказов становится всё меньше. Привыкший к роскоши Растрелли испытывает серьёзные финансовые трудности и в 1762 году просит об отпуске. 10 августа 1762 года Екатерина II подписывает указ об увольнении обер-архитектора в отпуск на год для лечения в Италии. Находясь в Италии, где Растрелли одновременно пытается найти новго заказчика, он узнаёт, что архитектор Валлен-Деламот переделывает внутренние покои Зимнего. 24 октября 1763 года по высочайшему указу архитектор был уволен «в рассуждении старости и слабого здоровья» с назначением ему пенсиона - тысяча рублей в год. В начале августа 1764 года Растрелли с семьёй покинул Петербург. Он появляется в Курляндии, где продолжает строительство Руэнтальского дворца и Митавского дворца в Елгаве.
Следы дальнейшего пребывания Растрелли теряются где-то в Литве, и дата смерти и место захоронения его не известны.
Строгановский дворец
Зимний дворец
Воронцовский дворец
Андреевская церковь
Смольный собор
Павильон Эрмитаж
Митавский дворец
Руэнтальский дворец
Из не сохранившихся работ следует отметить:
Ф. Б. Растрелли соединил элементы европейского барокко с русскими архитектурными традициями, почерпнутыми им прежде всего из нарышкинского стиля, такими как колокольни, крыши, цветовое решение.
Известно, что Растрелли зачастую не делал традиционных ленточных фундаментов, а создавал мощные платформы-ростверки из естественного камня и кирпича на свайных основаниях. Это позволяло ему при необходимости частично перераспределять нагрузки. Можно сказать, что это отличительная особенность архитектора Растрелли как выдающегося инженера-строителя, прекрасно понимавшего, каким образом нужно возводить сооружения на слабых грунтах в условиях Петербурга.