Родился в Нидерландах. В 1830 году Франк поступил в Льежскую консерваторию, которую спустя четыре года окончил с отличием. С 1833 по 1835 год он брал частные уроки гармонии у профессора Дассуаня, который преподавал в Парижской консерватории. Вдохновленный музыкальными успехами сына, отец Франка смог организовать весной 1835 года серию концертов в Ахене, Льеже и Брюсселе. В том же году семья перебралась в Париж, где Франк поступил в консерваторию в класс профессора Антонина Рейхи. У Франка была возможность участвовать в конкурсе на получение Римской премии, однако по настоянию отца он вернулся в Бельгию, где успешно выступал как пианист и органист-виртуоз. В Бельгии Франк создает первые сочинения: Фортепианное трио и наброски к оратории «Руфь». Два года спустя Франк против воли отца вновь уезжает в Париж, где пишет симфоническую поэму и начинает работу над оперой «Слуга напрокат». В 1853 году он получает место органиста в церкви Сен-Жан-Сен-Франсуа дю Маре. 1 декабря 1859 года Франку было доверено первое исполнение на только что построенном органе в церкви Святой Клотильды. На должности органиста в этой церкви Франк работал до конца жизни. В 1872 году Сезар Франк возглавил Парижскую консерваторию. С 1874 года Франк создавал многочисленные произведения в различных жанрах — оратории, камерные ансамбли, фортепианные и органные сочинения и др. В 1885 году композитор был награжден Орденом Почетного легиона, а год спустя стал президентом Национального музыкального общества.