Kształciła się w Warszawskiej Akademii Muzycznej i warszawskiej Akademii Sztuk Pięknych. W 1931 wyszła za mąż za Stefana Themersona, pisarza i filozofa. Razem z mężem realizowała filmy eksperymentalne i tworzyła Spółdzielnię Autorów Filmowych; była redaktorem artystycznym pisma "f.a." (film artystyczny). Ilustrowała książki męża, Jana Brzechwy i Anny Świrszczyńskiej, a także czasopisma "Płomyk" i "Wiadomości Literackie". W 1937 roku wyjechała z mężem do Francji, a od 1940 przebywała na stałe w Wielkiej Brytanii gdzie kontynuowała pracę artystyczną. Franciszka Themerson kierowała stroną artystyczną wydawnictwa rodzinnego Gaberbocchus Press i ilustrowała książki tej oficyny, ponadto tworzyła rysunki, obrazy oraz projektowała kostiumy i scenografie teatralne. Wykładała plastykę na kilku uczelniach. Miała wiele wystaw indywidualnych, m.in. w warszawskiej Zachęcie w 1964 roku.