Francisco fue el quinto hijo de Carlo Gonzaga, Marqués de Gazzuolo y Conde de San Martín y su esposa, Emilia Cauzzi Gonzaga, hija natural de Federico II Gonzaga, Duque de Mantua, con su amante Isabella Boschetti.
Tras quedar huérfano de padre en 1555, es enviado a la corte de Felipe II en Flandes para hacer carrera militar, pero en su lugar sigue al rey a España, donde madura su vocación religiosa.
Decide entrar en la Orden de Hermanos Menores, asumiendo el nombre de Francisco, y completa sus estudios en Alcalá de Henares hasta ser ordenado sacerdote en Toledo en 1570.
Tras ello, regresa a Italia para dedicarse a la enseñanza de la teología.
Sirvió como Nuncio Apostólico en Francia, durante cuyo mandato participó en la reconciliación de Francia y España que concluyó con la Paz de Vervins de 1598.