Françoise Fabian a des origines franco-espagnoles par son père et russo-polonaises par sa mère. Elle commence sa formation artistique au Conservatoire de musique d'Alger, où elle apprend le piano et l'harmonie.
Après son baccalauréat, elle arrive à Paris au début des années 1950, et s'inscrit au Conservatoire national supérieur d'art dramatique, où elle rencontre Jean-Paul Belmondo et Jean-Pierre Marielle. Jean Meyer, metteur en scène de la Comédie-Française dirige ses premiers pas au théâtre. Sa première prestation est un rôle en 1954 dans la pièce : Le Pirate et elle débute en 1955 au cinéma dans Bon voyage de Louis Felix.
En 1956, elle apparaît dans cinq films : Mémoires d'un flic, Le Feu aux poudres, Cette sacrée gamine, Le couturier de ces dames et Michel Strogoff (voir filmographie). En 1957, elle épouse le réalisateur Jacques Becker (1906-1960).
En 1963, elle épouse Marcel Bozzuffi (1929-1988), avec qui elle vivra jusqu'au décès de ce dernier.
