Alors qu'il gardait les moutons, Francisco aurait vu un ange lui apparaître à trois reprises en 1916, avec sa sœur Jacinta et sa cousine Lucia dos Santos, près de Fátima (Portugal). Du 13 mai au 13 octobre 1917, les trois enfants ont eu des apparitions de Marie le 13 de chaque mois (sauf en août, car les enfants avaient été enlevés) à la Cova da Iria (en allemand : Grube der Iria) près de Fátima. Selon son récit, il a vu l'apparition mais ne l'a jamais entendue parler.
En décembre 1918, il tomba malade de la grippe espagnole, dont il mourut le 4 avril 1919. Le 13 mars 1952, sa dépouille a été transférée dans la basilique du Rosaire à Fatima.
Causes de béatification et de canonisation
À l'occasion du pèlerinage du pape Jean-Paul II à Fatima, Jacinthe et François ont été béatifiés le 13 mai 2000. Au cours du processus de canonisation, le pape François a reconnu un miracle attribué à l'intercession de François et de sa sœur Jacinthe le 23 mars 2017. La canonisation a eu lieu le 13 mai 2017, lors de la visite du pape à Fatima pour le centenaire des apparitions mariales.
Son jour liturgique de commémoration est le 20 février.