Françoise Brion fait ses débuts dans la figuration dans Ariane de Billy Wilder puis Donnez-moi ma chance de Léonide Moguy et Nathalie de Christian-Jaque (1957).
Elle tourne trois films avec Jacques Doniol-Valcroze : L'Eau à la bouche, avec Bernadette Lafont, Le Cœur battant, face à Jean-Louis Trintignant et La Dénonciation. Des années plus tard, elle le retrouve pour Meurtre sur mesure (1999).
Durant les années 60, elle tourne également à trois reprises avec Eddie Constantine dans Comment qu'elle est ? et Lemmy pour les dames de Bernard Borderie et Cartes sur table de Jesús Franco. Elle travaillera à nouveau avec le cinéaste espagnol pour Le Miroir obscène (1973).
Très active au théâtre en parallèle du grand écran, elle est tout de même demandée par Pierre Granier-Deferre (Adieu poulet), Serge Leroy (La Traque, Attention, les enfants regardent), Otto Preminger (Rosebud) ou encore Nelly Kaplan (Néa) et Jacques Doillon (La Tentation d'Isabelle).
A partir des années 80, elle s'éloigne des plateaux avant de revenir dans les années 90 à travers ses apparitions dans Rue du bac, Nelly et Monsieur Arnaud ainsi que La Bûche. Dans les années 2000, on la retrouve dans la comédie Travaux avec Carole Bouquet et le drame Le Premier jour du reste de ta vie de Rémi Bezançon. En 2023, à 90 ans, elle est à l'affiche de Conann de Bertrand Mandico.
Corentin Palanchini