Elle étudie au lycée Marie-Curie (Sceaux). Après le diplôme de l'Institut d'études politiques de Paris et une maîtrise de droit public, elle entre à vingt et un ans à l'École nationale d'administration (ENA), d'où elle sort deux ans plus tard major de sa promotion. Elle est alors la première femme à obtenir ce rang.
Elle devient membre du Conseil d'État en 1969.
Elle quitte l'administration et abandonne sa carrière de fonctionnaire en 1993 pour se consacrer entièrement à l'écriture. Elle est membre de l'Académie Goncourt.
Françoise Chandernagor est fille d'un premier président de la Cour des Comptes, d'une famille du Limousin, issue au {{s}} de Charles François Chandernagor, traiteur, né à La Réunion en 1742, fils naturel d'un grand notable (sans doute Charles François de Verdière) et d'une indienne de Chandernagor affranchie (d'où son nom). Mariée en premières noces à Philippe Jurgensen, énarque, inspecteur des Finances, dont elle eut trois enfants puis divorça, et en deuxièmes noces à Gérard Denis de Senneville-Grave, inspecteur général de l’Équipement, Françoise Chandernagor a toujours partagé sa vie entre Paris et le Massif central.
En 1969, elle intègre le Conseil d'État où elle va exercer différentes fonctions juridictionnelles, notamment celles de Rapporteur Général.
Elle occupe aussi plusieurs postes dans des administrations extérieures, tant dans le secteur culturel que dans des services économiques, et assume à titre bénévole des responsabilités dans des organismes caritatifs, notamment la vice-présidence de la Fondation de France jusqu'en 1988 et la vice-présidence de la Fondation d'Aguesseau.
En 1991, elle a rédigé le rapport annuel du Conseil d'État sur l'insécurité juridique.
Depuis 1981, date à laquelle elle a publié L'Allée du Roi (mémoires imaginaires de Madame de Maintenon, seconde épouse de Louis XIV), Françoise Chandernagor a écrit huit romans et une pièce de théâtre (jouée à Bruxelles en 1993-1994 et à Paris en 1994-1995). Plusieurs de ses romans ont été traduits dans une quinzaine de langues, et deux d'entre eux ont fait l'objet d'adaptations télévisuelles.
Dans La Chambre, en 2002, elle reprend le mécanisme des mémoires imaginaires pour dépeindre la vie d'un jeune enfant emprisonné par des révolutionnaires, qui est en fait le jeune Louis XVII.
La famille de l’épouse du Docteur Godard a fait interdire, en référé, par un juge de Caen, la publication dans Le Figaro littéraire d'un feuilleton de Françoise Chandernagor sur l'affaire.
Françoise Chandernagor est membre du Prix Jean Giono, du Prix Chateaubriand, et de l'Académie Goncourt (depuis juin 1995). Elle est Vice-Présidente de l'association « Liberté pour l'histoire ».