Françoise Lebrun envisage tout d'abord de devenir réalisatrice. Pour ce, elle s'inscrit à Sciences Po et rédige des piges pour les revues Image et Son et Communications dirigées par le célèbre sociologue Roland Barthes. C'est par cette activité qu'elle rencontre, au festival d'Evian en 1964, un certain Jean Eustache venu présenter son court métrage Les Mauvaises fréquentations. Elle devient sa compagne et assistante, jusqu'à leur séparation au début des années 1970.

Le metteur en scène (qui met fin à ses jours en 1981) lui offre son premier rôle conséquent en 1973 dans La Maman et la Putain. Dans ce drame très bien reçu par la critique (il obtient le Grand prix spécial du jury au festival de Cannes de 1973 et est encore aujourd'hui considéré comme un film culte), elle joue Veronika, la maîtresse du héros Alexandre (Jean-Pierre Léaud) qu'il rencontre en l'abordant dans la rue. En apparence discrète, elle cache en fait une grande liberté de mœurs...

Françoise Lebrun poursuit sous la houlette de prestigieux metteurs en scène, comme André Téchiné (Souvenirs d'en France), Michèle Rosier (Mon cœur est rouge), Charlotte Dubreuil (Ma chérie) et surtout Paul Vecchiali (En haut des marches, Trous de mémoire, À vot' bon cœur, … Et tremble d'être heureux). Parallèlement, la comédienne mène une carrière sur les planches (Le Défi de Jean-Claude Perrin, Remagen de Jacques Lassalle, La Fuite en Egypte de Bruno Bayen, etc.).

Durant les années 1990, Françoise Lebrun se fait plus discrète même si on peut la voir dans les comédies Pullman paradis de Michèle Rosier, Pour rire ! de Lucas Belvaux ou encore On a très peu d'amis de Sylvain Monod. Elle est davantage active dans les années 2000 puisqu'elle apparaît plus ou moins furtivement dans des films aussi différents que Malraux, tu m'étonnes !, Inguelezi, Fragments sur la grâce, Il sera une fois, Le Scaphandre et le Papillon, La Clef, Séraphine, Demain dès l'aube et Quelque chose à te dire.

Françoise Lebrun tourne encore davantage dans les années 2010. Après le téléfilm Comme une mère, elle retrouve Guillaume Nicloux après La Clé pour Holiday, L'Affaire Gordji, histoire d'une cohabitation, La Religieuse, L'Enlèvement de Michel Houellebecq et Thalasso. On la voit aussi dans (principalement du côté du drame) Trois souvenirs de ma jeunesse, Fever, A 14 ans, Le Cancre, Ma vie avec James Dean, Le Semeur, L'Amour Debout et La Part du soupçon. Elle est également présente dans la série Mytho.

En 2022, Françoise Lebrun campe le personnage principal de Vortex de Gaspar Noé, celui d'une personne en fin de vie souffrant de la maladie d'Alzheimer. C'est parce qu'il est fan de La Maman et la Putain que le réalisateur d'Irreversible lui propose le rôle : "Il m’a raconté plus ou moins l’histoire, mais j’avais une forme de confiance dans notre relation. Je me disais que cet homme avait vu ce que je suis capable de faire et qu'il aimait ce qui a été à l’origine de toute mon histoire cinématographique. Donc, je lui faisais confiance".

En 2013, Françoise Lebrun est faite Officier de l'ordre des Arts et des Lettres. Enfin, à noter qu'on lui doit également des documentaires : Crazy Quilt (2011), consacré aux jardins d'Angleterre, ainsi que L'Homme qui montait son chapiteau et Romanes cirque tzigane, centré sur le monde du cirque.

Laurent Schenck