Franz Joseph war der älteste Sohn von Erzherzog Franz Karl und Sophie von Bayern.
Die politisch aktive Erzherzogin Sophie erzog ihren Sohn von klein auf zum Herrscher, zu Religiosität, Pflichtbewusstsein und Fleiß. Franz Joseph orientierte sich lebenslang an Kirche und Militär, für Wissenschaft und Kunst hatte er kaum etwas übrig.
 
Nach der Abdankung Kaiser Ferdinands I. bestieg der Achtzehnjährige den Thron. Er war der am längsten regierende Monarch Österreichs (68 Jahre).
Das Reich, dem er vorstand, entsprach der Größe des US-Bundesstaates Texas. Es war uneinheitlich, was die Kulturkreise, Nationalitäten, Sprachen und Religionen betraf, aber auch in den wirtschaftlichen und sozialen Strukturen. Zusammengehalten wurde die Monarchie hauptsächlich durch die Person des Kaisers, einem gutfunktionierenden Beamtenapparat und der Treue zum Haus Habsburg.
Der Thronwechsel im Revolutionsjahr 1848 sollte vor allem die Monarchie stabilisieren.
 
Zunächst revidierte Franz Joseph die liberalen Reformen seines Vorgängers. Er setzte eine zentralistische Verfassung mit starker monarchischer Souveränität in Kraft. In Ungarn kam es zu Rebellionen und zur Ausrufung einer selbständigen Republik, nachdem der ungarische Reichstag den Thronwechsel nicht anerkannt hatte. Die aufständische Bewegung unterdrückte Franz Joseph mit russischer Militärhilfe.
1851 hob der Kaiser Verfassung und Grundrechte auf ("Silvesterpatent") und regierte als absoluter Herrscher.
     
Obwohl seine Mutter für ihn seine Cousine Helene (Tochter ihrer Schwester Ludovika in Bayern) als Gattin bestimmt hatte, verliebte sich Franz Joseph in deren Schwester Elisabeth ("Sisi") und setzte die Heirat auch durch (1854). Der Ehe entstammten vier Kinder (Sophie, Gisela, Rudolf und Marie Valerie).

1859 opponierte die italienische Einigungsbewegung gegen die habsburgische Herrschaft in Norditalien. Franz Joseph führte einen Krieg gegen das mit Frankreich verbündete Königreich Sardinien-Piemont. Nach der verlorenen Schlacht bei Solferino musste Österreich die Lombardei abgeben.

Nach der Niederlage wuchs der innenpolitische Druck. Franz Joseph musste der Opposition konstitutionelle Reformen gewähren. Mit dem "Oktoberdiplom" (1860) und dem "Februarpatent" (1861) wurden dem Parlament legislative Befugnisse eingeräumt.

1866 kam es zum Krieg zwischen Preußen und Österreich aufgrund von Differenzen in der Deutschlandpolitik. Am 3.Juli erlitt die österreichische Armee eine Niederlage in der Schlacht bei Königgrätz. Daraufhin trat Österreich aus dem Deutschen Bund aus.

1867 kam es zum Ausgleich mit Ungarn, was zum Großteil ein Verdienst von Kaiserin Elisabeth war. Das Reich wurde neu gegliedert, es entstand eine "kaiserlich und königliche" Doppelmonarchie. Am 8.Juni wurde Franz Joseph zum König von Ungarn gekrönt.

1879 schloss Österreich einen Zweibund mit dem deutschen Reich, der 1882 zum Dreibund mit Italien erweitert wurde. An diesem Bündnissystem hielt der Kaiser bis in den Ersten Weltkrieg fest.

Der Nationalitätenstreit wurde immer mehr zum schwierigsten Problem im Vielvölkerstaat. Aber Franz Joseph weigerte sich, den nationalen Minderheiten des Reiches weitergehende Autonomierechte zuzugestehen, daher nahmen die Aufstände ethnischer Minderheiten zu.

1889 nahm sich der Sohn Franz Josephs und Thronfolger Rudolph in Mayerling das Leben. Dadurch rückte der Neffe des Kaisers, Erzherzog Franz Ferdinand an seine Stelle in der Thronfolge.

Am 26.Januar 1907 wurde das gleiche und freie Wahlrecht eingeführt.

Nachdem sich die Gegensätze zwischen Österreich und Serbien in der Folgezeit immer mehr verschärft hatten, wurde am 28.Juni 1914 der Thronfolger Erzherzog Franz Ferdinand durch serbische Nationalisten in Bosnien ermordet ("Attentat von Sarajevo"). Daraufhin unterstützte Franz Joseph die Kriegserklärung gegen Serbien, was schließlich den Ersten Weltkrieg auslöste.

Franz Joseph starb am 21.November 1916, mitten im Ersten Weltkrieg, an einer Lungenentzündung. Mit ihm starb auch das Reich, und eine ganze Ära ging zu Ende.