จักรพรรดิฟรันทซ์เสด็จพระราชสมภพ ณ เมืองฟลอเรนซ์, แกรนด์ดัชชีตอสคานา เมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1768 เป็นพระราชโอรสองค์โตในจักรพรรดิเลโอพ็อลท์ที่ 2 (ซึ่งขณะนั้น ทรงเป็นแกรนด์ดยุกแห่งตอสคานา) กับ มาเรีย ลุยซา แห่งสเปน (พระราชธิดาในพระเจ้าการ์โลสที่ 3 แห่งสเปน) เมื่อทรงพระเยาว์นั้น พระบรมวงศานุวงศ์รวมทั้งประชาชนได้คาดหมายพระองค์ว่า จะได้เป็นองค์จักรพรรดิในอนาคต เพราะเนื่องจากพระปิตุลาของพระองค์ จักรพรรดิโยเซ็ฟ ไม่มีพระราชโอรสหรือพระราชธิดาเลย แล้วนอกจากนี้ พระราชอนุชาของพระองค์ อาร์ชดยุกเลโอพ็อลท์ ซึ่งก็เป็นพระราชบิดาของจักรพรรดิ ก็ทรงอยู่ในลำดับการสืบสันตติวงศ์ที่ลำดับที่ 1 อีกด้วย ดังนั้น พระองค์จึงต้องไปทรงศึกษาอย่างเคร่งครัด ณ คอร์ตหลวง (Imperial Court) กรุงเวียนนา เพื่อในการเตรียมตัวสำหรับอนาคตของพระองค์

จักรพรรดิโยเซ็ฟ ผู้เป็นพระราชปิตุลา ทรงทราบถึงการพัฒนาการของพระราชนัดดาของพระองค์ และรู้ซึ้งถึงระบอบการปกครองย่างเคร่งครัด ซึ่งแตกต่างจากระบอบการปกครองของแกรนด์ดยุกเลโอพ็อลท์ ผู้เป็นพระราชบิดาของพระองค์ ซึ่งขณะนั้นทรงเป็นองค์พระประมุขแห่งแคว้นตอสคานา อย่างไรก็ตาม ราชปิตุลายังทรงเห็นว่า การศึกษาที่เคร่งครัดและระเบียบวินัยในตัวพระราชนัดดายังไม่เป็นที่น่าพอใจ เนื่องจากพระองค์ถูกแยกให้ศึกษาพระองค์เอง ราชปิตุลาทรงเกรงว่า อาจทำให้พระราชนัดดาล้มเหลวในการพึ่งพาตนเอง เพราะพระองค์ไม่ได้รับการศึกษาพร้อมกับผู้อื่น แต่ถึงอย่างไร ว่าที่จักรพรรดิฟรันทซ์ทรงประทับใจและนับถือราชปิตุลาเป็นพระองค์ตัวอย่าง โดยพระองค์ทรงตั้งอกตั้งใจเข้ารับการศึกษาอย่างเต็มที่ ต่อมา พระองค์ทรงได้เข้ารับการฝึกทหาร และร่วมรบในฮังการี พระองค์จึงทรงซึมซาบความเป็นทหารอย่างเต็มที่...

เมื่อจักรพรรดิโยเซ็ฟเสด็จสวรรคตเมื่อปี ค.ศ. 1790 แกรนด์ดยุกเลโอพ็อลท์ พระราชบิดาได้ทรงสืบราชสมบัติต่อจากพระเชษฐา ซึ่งขณะนั้น พระองค์ทรงปฏิบัติพระราชกรณียกิจแทนพระองค์ในการสะสางความบาดหมางทางการเมืองการปกครอง อาร์ชดยุกฟรันทซ์ จึงทรงได้รับการสถาปนาเป็นมกุฎราชกุมารแห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ แต่เมื่อฤดูหนาว ค.ศ. 1891 พระราชบิดามีพระอาการประชวรอย่างหนัก ภาวะตึงเครียดมาถึงพระราชวงศ์ทันที โดยเฉพาะอาร์ชดยุกฟรันทซ์ พระอาการประชวรเลวร้ายลงเรื่อย ๆ จนในที่สุด ช่วงบ่ายของวันที่ 1 มีนาคม ค.ศ. 1892 จักรพรรดิเลโอพ็อลท์เสด็จสวรรคตอย่างสงบ ด้วยพระชนมพรรษาเพียง 44 พรรษา อาร์ชดยุกฟรันทซ์จึงทรงได้สืบราชสมบัติต่อจากราชบิดาด้วยพระชนมายุเพียง 24 พรรษา