Фрэнк Герберт родился в городе Такома, штат Вашингтон, окончил Вашингтонский университет в Сиэтле. С юных лет хотел стать писателем. В 1938 году окончил школу, а в 1939, солгав о своём возрасте, поступил на работу в газету «Глендейл стар». Работал репортёром и редактором в различных газетах прежде, чем стать профессиональным писателем.
Во время второй мировой войны Герберт был фотографом на флоте, но после 6 месяцев службы был комиссован. В 1941 году он женился на Флоре Паркинсон, но в 1945 году развёлся, в этом браке у него родилась дочь Пенни. В 1946 году он поступил в Вашингтонский университет, где встретил Беверли Энн Стюарт — она была единственным человеком на курсе кроме Герберта, у которой были опубликованные рассказы. В 1946 году они поженились, в 1947 году у них родился первый сын, а в 1951 году — второй.
Первое произведение в жанре научной фантастики — рассказ Looking for Something? («Ищешь что-то?»), который был опубликован в журнале Startling Stories (1952).
На протяжении 50-х годов издал в журналах полтора десятка рассказов и роман «Дракон в море» («The Dragon in the Sea», 1955). Этот роман позже издавался также под названием «Под давлением» («Under Pressure»). Однако широкую известность писатель приобрёл после публикации в 1963 году в журнале «Analog» романа «Мир Дюны» («Dune World»), который стал первой частью романа «Дюна». Позже в этом же журнале началась публикация продолжения, которое называлось «Пророк Дюны» («The Prophet of Dune»). В 1965 году эти две части были объединены в один полноценный роман, который был выпущен отдельным изданием. Произведение получило мировое признание и было удостоено таких престижных премий в области фантастической литературы, как премии «Небьюла» и «Хьюго». Роман быстро стал одним из самых популярных фантастических романов XX века. В следующие годы из-под пера Герберта выходят продолжения истории о песчаной планете — романы «Мессия Дюны» («Dune Messiah», 1969), «Дети Дюны» («Children of Dune», 1976), «Бог-император Дюны» («God Emperor of Dune», 1981), «Еретики Дюны» («Heretics of Dune», 1984) и «Капитул Дюны» («Chapterhouse: Dune», 1985). Сын Фрэнка Герберта, Брайан Герберт, продолжил серию романов отца о мире Дюны.
Фрэнк Герберт также написал много других произведений, среди которых можно выделить «Дракон в море» («Dragon in the Sea», 1956), «Зелёный мозг» («The Green Brain», 1966), «Направление — пустота» («Destination: Void», 1966), «Глаза Гейзенберга» («The Eyes of Heisenberg», 1966), «Создатели небес» («The Heaven Makers», 1968), «Барьер Сантароги» («The Santaroga Barrier», 1968), «Улей Хеллсторма» («Hellstrom’s Hive», 1973), дилогия «Звезда под бичом» («Whipping Star», 1970) и «Эксперимент Досади» («The Dosadi Experiment», 1977).
«Дюна» стала первым романом, удостоенным премии «Небьюла». Фрэнк Герберт и сам участвовал в жюри, определяющих победителей премий. Это было в 1975 и 1976 годах (Nebula), а также в 1986 году (Hubbard).