弗朗西斯·阿斯顿1877年9月1日出生于英国伯明翰。1894年，他在梅森学院（后并入伯明翰大学）开始大学生活，师从约翰·亨利·波因廷学习物理，师从弗兰克兰和威廉·蒂尔登学习化学。1896年起，他还在父亲家中的私人实验室里进行有机化学研究。1898年，他获得福斯特奖学金赞助，成为弗兰克兰的学生，主要研究酒石酸化合物的光学性质。1900年起，他在伯明翰的酿酒学校研究发酵学，并被W·巴特勒酿酒厂雇佣，直到1903年返回伯明翰大学担任波因廷的助理研究员。

1909年，阿斯顿成为伯明翰大学讲师。一年后，受J·J·汤姆孙的邀请，转投剑桥大学卡文迪许实验室。第一次世界大战爆发后，他的研究被迫中断，期间被征募为皇家空军服务。战争结束后，他重新回到卡文迪许实验室。

1920年，阿斯顿成为剑桥大学三一学院院士，此后一直在剑桥居住。1921年，阿斯顿当选皇家学会会士，次年获得诺贝尔化学奖以及皇家学会的休斯奖章。

1945年11月20日，阿斯顿在英国剑桥逝世。