Nació el 30 de octubre de 1873 en la hacienda El Rosario, Parras, Coahuila.

En 1885 ingresó al colegio de San Juan Nepomuceno, en Saltillo. En 1886 estudió contabilidad en Saint Mary's College en Baltimore, en 1887 en el colegio Chapal en Francia y en el Liceo de Versalles y de 1891 a 1892 en la universidad de San Francisco, California. En 1896 estudió homeopatía.

En 1893 en San Pablo de las Colonias, Coahuila, se hizo cargo de la administración de las haciendas familiares. En 1900 publicó un folleto de su estudio hidrológico para el mejor aprovechamiento del agua en el río Nazas, lo que le mereció felicitaciones del Presidente Díaz.

En 1905 formó el Partido Democrático Independiente, ya que estaba totalmente en desacuerdo con la reelección del gobernador Miguel Cárdenas; también se encargó de publicar el periódico El Demócrata. Se unió a los hermanos Magón y apoyó económicamente al periódico Regeneración aun cuando no estuvo de acuerdo con los levantamientos armados de 1908 en Chihuahua.

En febrero del mismo año el Presidente Díaz concedió una entrevista al periodista James Creelman del Pearson's Magazine de Nueva York, declarando que: vería con agrado la aparición de partidos políticos de oposición. Fue entonces cuando Madero escribió un libro de gran contenido político, llamado La sucesión presidencial en 1910, publicado en Coahuila.

Viajó a la capital, donde fundó el Centro Antirreleccionista de México, presidido por Emilio Vázquez Gómez y como vicepresidentes Madero y Toribio Esquivel Obregón, cuyo lema fue "Sufragio efectivo, no reelección".

El 15 de abril de 1910 fue designado candidato presidencial por los partidos Antirreleccionista y Nacional Democrático, realizó una gira por el norte y este del país. El 7 de junio fue arrestado en la plaza de Monterrey, acusado de conato de rebelión y ultraje a las autoridades y fue enviado a la prisión de San Luis Potosí.

Las elecciones se llevaron a cabo y el general Porfirio Díaz resultó electo Presidente y Ramón Corral, vicepresidente para el periodo 1910 - 1916. Los antirreleccionistas pidieron al Congreso la anulación de las votaciones, que les fue negada.
El 6 de octubre Madero obtuvo libertad bajo fianza y huyó a San Antonio, Texas. Ahí se le unieron gran número de partidarios y formuló el Plan de San Luis, en este documento se exponían una serie de acusaciones contra el régimen porfirista e invitaba al pueblo para que a partir del 20 de noviembre se levantara en armas y dar inicio así a la Revolución de 1910, que derrocaría al gobierno del general Porfirio Díaz.

La lucha armada se inició; Madero permaneció en Estados Unidos hasta el 13 de febrero de 1911. Participó en el asalto a Casas Grandes, Chihuahua. El 10 de mayo los maderistas tomaron Ciudad Juárez y Madero formó su primer gabinete. El 21 de mayo se firmaron los tratados de Ciudad Juárez y el 25 el Presidente Díaz renunció al cargo. Con esto finalizó la Revolución maderista.

Francisco León de la Barra asumió interinamente la presidencia, se convocó a elecciones y Madero resultó electo. El 6 de noviembre de 1911 tomó posesión del cargo y José María Pino Suárez del de vicepresidente.

El 28 de noviembre el Ejército Liberador promulgó el Plan de Ayala desconociendo el gobierno de Madero, diversos levantamientos se iniciaron en el país. El 9 de febrero de 1913 estalló un golpe de estado encabezado por Bernardo Reyes con la complicidad de Huerta, quien fingió combatirlo. Madero fue aprehendido y renunció al cargo el 18 de febrero.

Francisco I. Madero y Pino Suárez fueron asesinados cuatro días después, en la madrugada del 22 de febrero de 1913 a un costado de la penitenciaría, por órdenes de Huerta.