Il 25 marzo 1541 nasceva a Firenze Francesco I de'Medici, primo dei cinque figli maschi di Cosimo I ed Eleonora di Toledo. Fin dal 1564 fu reggente del Granducato al posto del padre, che si sarebbe occupato soprattutto di politica estera e di obiettivi marinari. L'anno dopo sposò Giovanna d'Austria, ma il matrimonio durò poco a causa della morte prematura della moglie. Francesco si risposò quindi nel 1579 con Bianca Cappello, donna con cui aveva una relazione già ai tempi della reggenza, e che non fu mai vista di buon occhio dalla famiglia. Francesco I non si interessò molto di politica, preferendo lasciare il Granducato nelle mani dei suoi funzionari. Fu un grande mecenate: favorì molti artisti, come Bernardo Buontalenti, che gli costruì la villa a Pratolino e il parco circostante, oltre alla progettazione della città-fortezza di Livorno. Una delle commissioni più significative è quella dello Studiolo in Palazzo Vecchio, realizzato da Giorgio Vasari con la collaborazione intellettuale di Vincenzo Borghini: "... servire per un guardaroba di cose rare et pretiose, et per valuta et per arte, come sarebbe a dire Gioie, Medaglie, Pietre intagliate, cristalli lavorati e vasi..."
Era appassionato di alchimia e sensibile alle opere dei maggiori chimici e alchimisti del tempo. Suggestionato dalle porcellane cinesi importate in occidente, volle ad ogni costo che fosse risolto il problema degli impasti per realizzare le porcellane, e nel Casino di San Marco in Firenze, sotto la direzione del Buontalenti, mise all'opera gli "arcanisti", partecipando egli stesso alle sperimentazioni, con lunghe frequentazioni in laboratorio. I tentativi ebbero successo e intorno al 1575 vedranno la luce le prime opere di porcellana a pasta vitrea mai realizzate in occidente, la cosiddetta "Porcellana dei Medici".
La sua morte è tuttora oggetto di dibattito: la sera dell'8 ottobre 1587, dopo una giornata trascorsa in battuta di caccia insieme al fratello Ferdinando, Francesco I e Bianca cenarono presso la Villa di Poggio a Caiano, ma, prima Francesco e poi Bianca, si sentirono male e si misero presto a letto accusando febbre elevata e intermittente con episodi di vomito: undici giorni dopo erano morti entrambi, senza che l'uno sapesse dell'altro. Sono state avanzate varie ipotesi a seguito di studi, tra cui l'avvelenamento o la contrazione della malaria.

A. Bronzino, ritratto di Francesco I con la madre Eleonora di Toledo, 1549 ca., Pisa, Museo Nazionale di Palazzo Reale

A. Bronzino, ritratto di Francesco I de'Medici bambino, 1551, Firenze, Galleria degli Uffizi

Maso da San Friano, ritratto di Francesco I de'Medici, 1570, Prato, Palazzo Comunale

G. Utens, lunetta con la Villa e il Parco di Pratolino, 1599-1602

V. Borghini e G. Vasari, Lo Studiolo di Francesco I, 1570-1572, Firenze, Palazzo Vecchio

Le statue di Venere di Vincenzo Danti e la Giunone di Giovanni Bandini, Firenze, Palazzo Vecchio, Studiolo

Busto di Francesco I presso lo Spedale degl'Innocenti, Firenze