De esta unión nacieron: Con Bianca Cappello tuvo un hijo extramatrimonial Al morir su esposa Juana, en 1578, se casó con su amante Bianca Cappello, viuda de un escribiente asesinado seis años antes.

Adoptó a la hija del primer matrimonio de Bianca, Pellegrina y a su hijo Antonio, nacido en 1576, de quien se aseguró después que ella había adoptado antes, para hacerlo pasar heredero del duque.

Francisco y Bianca fallecieron el mismo día, por lo que desde entonces se ha discutido si fueron envenenados[3]​ o fueron víctimas de malaria o alguna otra enfermedad contagiosa.

Recientes investigaciones forenses de científicos italianos han avalado la hipótesis del envenenamiento.

Era un símbolo esotérico de los cuatro elementos: el arte, la naturaleza, el tiempo y el hombre.