Estudió derecho y filosofía en las universidades de Barcelona, Granada y Madrid. En esta última conoció a Sanz del Río, introductor en España del pensamiento del filósofo alemán Karl Krause; desde entonces se situaría en el centro del núcleo krausista (junto a Nicolás Salmerón, Segismundo Moret, Gumersindo de Azcárate, Rafael María de Labra...), que tanta influencia habría de tener sobre el pensamiento y la acción de los liberales españoles. Dicha escuela defendía un ideal racionalista de armonía social basado en la reforma ética del individuo a través de la educación, para sustentar un Estado verdaderamente liberal.
En 1867 obtuvo por oposición la cátedra de Derecho Natural de la Universidad de Madrid, que sin embargo abandonó a los pocos meses en protesta por las sanciones del gobierno a Sanz del Río. Volvió a su cátedra tras el triunfo de la Revolución de 1868, fue separado de ella tras la Restauración borbónica por el gobierno de Cánovas del Castillo (1875) y nuevamente repuesto al llegar al poder los liberales de Sagasta (1881).
En 1876 fundó la Institución Libre de Enseñanza, empresa a la que dedicaría el resto de su vida; se trataba de un centro educativo basado en modelos pedagógicos modernos, laicos y progresistas, que se proponían como alternativa a la enseñanza oficial dominada por la Iglesia. Giner dejó una amplísima obra escrita sobre temas jurídicos, filosóficos, políticos, artísticos y literarios. Impulsó también proyectos complementarios como el Museo Pedagógico Nacional, la Junta para Ampliación de Estudios, la Residencia de Estudiantes y las Colonias Escolares, y proyectos que se materializarán años después de su muerte, como las Misiones Pedagógicas, concebidas en su origen como Misiones Ambulantes. En su planteamiento de la universidad ideal Francisco Giner propuso que, como tal institución, fuera "no sólo una corporación de estudiantes y sabios, sino una potencia ética de la vida".
Tras la guerra civil española, la obra de Giner fue condenada por el régimen de Franco, dentro del proceso de depuración del magisterio español, por considerar que su obra educativa introducía subrepticiamente el liberalismo condenado por la Iglesia. Sus enseñanzas y el legado de Francisco Giner de los Ríos se recuperaron a partir de 1982.

