Son père meurt en 1853 quand elle a quatre ans, laissant sa famille dans une misère extrême. Cette période de sa vie aura un grand impact sur les motifs de son existence et sa conscience : dans plusieurs de ses romans, elle parle de la pauvreté et des différences entre les classes sociales. En 1865, elle émigre avec sa famille aux États-Unis, dans le Tennessee. Elle partagera son temps entre l'Angleterre, où elle fera de nombreux longs séjours, et les États-Unis.
En 1872, elle épouse Swan Burnett, qui deviendra médecin. Ils vivent deux ans à Paris où Frances donne naissance à deux garçons. La famille retourne aux États-Unis. C'est là-bas qu'elle commencera à écrire des romans.
Menant une vie très mondaine et aimant le luxe, elle divorce en 1898 et se remarie en 1900 avec Stephen Townsend, de dix ans son cadet. Le couple divorce deux ans plus tard.
Ses romans ont pour thème l'enfance. Ils l'ont rendue vraiment connue dès 1886, à la parution de son tout premier livre : Le Petit Lord Fauntleroy (Little Lord Fauntleroy). Par la suite, nombre de ses romans pour enfants devinrent connus et reconnus. Elle a également écrit des romans romantiques pour adultes qui ont également connu le succès.
Frances passe les dix-sept dernières années de sa vie à New York où elle meurt en 1924, à soixante-quatorze ans. En 1936, une statue est érigée en son honneur dans le jardin Conservatory de Central Park, qui représente les deux célèbres personnages de son roman Le Jardin secret.