Diplômé en philosophie, François Rancillac suit également des études d'harmonie et de contrepoint avec Michel Puig.

En 1983, il fonde et co-dirige avec Danielle Chinsky le Théâtre du Binôme. Là, il aborde des auteurs aussi divers que Jean Racine, Christian Rullier (Le Fils, qui obtient le prix du Printemps du Théâtre à Paris en 1987), J.M.R. Lenz, Pierre Corneille, Molière, Olivier Py, Rostand, Jean-François Caron, Giraudoux (Ondine, La Folle de Chaillot), Jean-Luc Lagarce (Retour à la Citadelle, Les Prétendants, Le Pays lointain), Marie Balmary (Cherchez la faute), Jonathan Swift (Modeste proposition), Rémi de Vos (Projection privée), Eschyle (Les sept contre Thèbes)...

Il aborde le lyrique avec Bastien, Bastienne... suite et fin, "opéra imaginaire" de Mozart et collabore depuis plusieurs années aux spectacles électro-acoustiques de Serge de Laubier (Les Sargasses de Babylone, La Belle porte le voile). Il crée en juin 2006 une version concert de l'opéra-jazz de Laurent Cugny (La Tectonique des nuages), d'après Cloud tectonics de José Rivera.

Après avoir été artiste associé au Théâtre de Rungis, à la Scène nationale de Bar-Le-Duc et au Théâtre du Campagnol / Centre dramatique national, après avoir été directeur artistique du Théâtre du Peuple de Bussang, François Rancillac est actuellement co-directeur, avec Jean-Claude Berutti, de La Comédie de Saint-Etienne / Centre dramatique national.