Francesco Stefano di Lorena fu Sacro Romano Imperatore e Granduca di Toscana anche se i titoli appartenevano effettivamente a sua moglie. Con sua moglie, Maria Teresa, fu il fondatore della dinastia degli Asburgo-Lorena. Dal 1728 al 1737 fu Duca di Lorena; perse questo titolo quando cedette la Lorena alla Francia.
Francesco nacque a Nancy in Lorena (ora Francia) il maggiore dei figli sopravvisuti di Leopoldo Duca di Lorena e di sua moglie Elisabetta Carlotta d'Orléans figlia di Filippo I, Duca d'Orléans. Era imparentato con gli Asburgo attraverso sua nonna Eleonora Maria figlia dell'Imperatore Ferdinando III del Sacro Romano Impero e moglie di Carlo Leopoldo di Lorena, suo nonno.
L'imperatore Carlo VI favorì la famiglia, che, oltre ad essere suoi cugini, aveva servito la casa d'Austria con distinzione. Aveva progettato di far sposare sua figlia Maria Teresa con il fratello maggiore di Francesco, Leopoldo Clemente. Alla morte di Leopoldo Clemente, Carlo adottò il fratello minore come suo futuro genero. Francesco fu educato a Vienna con Maria Teresa, sull'accordo che si sarebbero sposati, e un vero affetto sorse tra di loro.
All'età di 15 anni, quando fu portato a Vienna, fu investito del Ducato di Teschen, che era stata mediatizzato e concesso a suo padre dal'imperatore nel 1722. Francesco Stefano di Lorena successe a suo padre come Duca di Lorena nel 1729. Maria Teresa d'Austria aveva stabilito nel 1732 che Francesco è diventasse "Lord Luogotenente" (locumtenens) d'Ungheria. Non era entusiasta di questa posizione, ma Maria lo voleva più vicino a lei. Nel giugno del 1732 accettò di andare a Presburgo.
Alla fine della Guerra di successione polacca l'imperatore Carlo VI acconsentì a indennizzare il candidato francese Stanislao Leszczyński (suocero di Luigi XV di Francia) per la perdita della sua corona nel 1735.
Il primo ministro di Francia il cardinale de Fleury vide la lotta polacca come una possibilità di colpire il potere austriaco in Occidente senza parere l'aggressore. Mentre si curava poco per chi dovressee diventare Re di Polonia, la ragione di proteggere il suocero del re gli fu più congeniale e sperava di utilizzare la guerra come mezzo per umiliare gli austriaci e forse garantire il tanto desiderato Ducato di Lorena dal suo duca, Francesco Stefano, che avrebbe dovuto sposare la figlia dell'imperatore Carlo, Maria Teresa, che avrebbe portato il potere austriaco pericolosamente vicino alla frontiera francese.
Una pace preliminare fu conclusa nell'ottobre del 1735 e ratificata con il Trattato di Vienna nel novembre del 1738. Augusto fu confermato come re di Polonia, Stanislao fu indennizzato con la Lorena (che alla sua morte, tramite la figlia, sarebbe passato alla Francia) mentre l'ex Duca di Lorena, veniva creato erede del Granducato di Toscana, che avrebbe ereditato nel 1737.
Anche se la battaglia si interruppe dopo il preliminare di pace nel 1735, l'accordo di pace finale ha dovuto attendere fino alla morte degll'ultimo dei Medici, il Granduca di Toscana, Gian Gastone nel 1737, per consentire gli scambi territoriali previsti dal piano di pace per entrare in vigore.
Nel marzo 1736 l'imperatore convinse Francesco, suo futuro genero di nascosto (!)[senza fonte] a scambiare la Lorena per il Granducato di Toscana. La Francia aveva chiesto che il fidanzato di Maria Teresa consegnasse il Ducato di Lorena per ospitare il deposto re di Polonia. L'imperatore considerò altre possibilità (come farle sposare il futuro Carlo III di Spagna), prima di annunciare il fidanzamento della coppia. Se qualcosa fosse andato storto, Francesco sarebbe diventato governatore dei Paesi Bassi austriaci.
Anche Elisabetta di Parma avrebbe voluto il Granducato di Toscana per suo figlio Carlo; il Granduca Gian Gastone era senza figli ed era imparentato con Elisabetta attraverso la sua bisnonna Margherita de' Medici. Come risultato il figlio di Elisabetta avrebbe potuto reclamare il suo diritto al trono in quanto discendente di Margherita.
Il 31 gennaio 1736 Francesco aveva accettato di sposare Maria Teresa. Esitò tre volte (e ha fissato le piume prima di firmare).[senza fonte] Soprattutto la madre Elisabetta Carlotta d'Orléans e suo fratello il Principe Carlo Alessandro di Lorena erano contrari alla perdita della Lorena.
Francesco e Maria Teresa d'Austria si sposarono il 12 febbraio nella Chiesa degli Agostiniani. Il matrimonio ebbe luogo il 14 febbraio 1736. Il trattato (segreto) tra l'Imperatore e Francesco fu firmato il 4 maggio 1736. Nel gennaio 1737, le truppe spagnole si ritirarono dalla Toscana, e furono sostituiti da 6.000 austriaci. Il 24 gennaio 1737 Francesco ricevette la Toscana da suo suocero. Fino ad allora, Maria Teresa fu la Duchessa di Lorena. Per garantire l'indipendenza alla Toscana e non renderla una regione dello stato asburgico si stabilì di tenere separate le due corone, mantenendo per il primogenito della casata degli Asburgo - Lorena il titolo imperiale, mentre per il secondogenito quello granducale.
Gian Gastone de' Medici, che morì il 9 luglio 1737, era secondo cugino di Francesco. Nel giugno 1737 Francesco si recò in Ungheria per combattere di nuovo contro i Turchi. Nell'ottobre del 1738 era di nuovo a Vienna. Il 17 dicembre 1738 la coppia viaggiava a sud, accompagnato dal fratello di Francesco Stefano, Carlo, a Firenze per tre mesi. Arrivarono il 20 gennaio 1739.[1] ma, avendo accettato contro voglia l'incarico, non risiedette mai in città, preferendo la corte viennese e lasciando un consiglio a gestire la Toscana.
Nel 1744 il fratello di Francesco, Carlo sposò una sorella minore di Maria Teresa, l'Arciduchessa Maria Anna d'Austria. Nel 1744 Carlo divenne governatore dei Paesi Bassi austriaci, (fino alla sua morte nel 1780).
Maria Teresa gli garantì con il Trattato di Füssen la sua elezione all'Impero il 13 settembre 1745, alla morte di Carlo Alberto di Baviera e lo rese, inoltre, co-reggente dei suoi domini ereditari.
Francesco fu ben contento di lasciar gestire il potere alla sua abile consorte. Aveva un fondo naturale di buon senso e una certa capacità negli affari e fu un utile assistente per Maria Teresa nel laborioso compito di governare i complicati domini austriaci, ma le sue funzioni sembrano essere state soprattutto di segreteria. Gli scarsi oneri che comportava la corona imperiale, ormai svuotata di reali poteri, e quella granducale, lasciarono a Francesco Stefano molto tempo libero, che egli impegnò riuscendo a gettare le basi per il patrimonio della famiglia imperiale, separato da quello statale e sottoposto a obbligo fiscale, che durò fino alla requisizione dopo la Prima guerra mondiale, da parte della neonata repubblica austriaca. Egli inoltre ebbe un grande interesse per le scienze naturali ed è stato membro della massoneria.
Francesco era abbastanza donnaiolo ed era noto per le sue molto indiscrete relazioni, in particolare quella con la Principessa Auersperg, che era di trent'anni più giovane di lui. Questa vicenda particolare è stata osservata sulle lettere e riviste di visitatori al giudice ei suoi figli.
Morì improvvisamente nella sua carrozza mentre tornava dal teatro dell'opera a Innsbruck il 18 agosto 1765. La moglie scrisse questo nel suo diario: «l'imperatore Francesco mio consorte è vissuto per 56 anni, 8 mesi, 10 giorni, ed è morto il 18 agosto 1765 alle ore 9 e mezzo di sera. È dunque vissuto per 680 mesi, 2.958 settimane, 20.778 giorni, 496.992 ore. Il mio felice matrimonio si è protratto per 29 anni, 6 mesi e 6 giorni, ovvero 335 mesi , 1.540 settimane, 10.781 giorni e 258.744 ore». È sepolto nella tomba numero 55 della Cripta Imperiale di Vienna.
Maria Teresa e Francesco I ebbero sedici figli, la loro figlia più giovane fu la futura regina consorte di Francia, Maria Antonietta (1755-1793). A succedergli ufficialmente fu il figlio maggiore Giuseppe II, anche realmente il potere rimase nelle mani della moglie. Un altro figlio fu l'imperatore Leopoldo II.