Nata a Firenze e cresciuta a Campi Bisenzio, si è laureata all’Università degli Studi di Firenze, in lettere con una tesi in italianistica con il punteggio di 110 e lode. La sua formazione artistica inizia al Teatro della Limonaia, di Sesto Fiorentino, diretto da Barbara Nativi. Sotto la sua direzione recita in Noccioline, un testo di Fausto Paravidino. Per due anni consecutivi è nello spettacolo Faccia da comico al Teatro Ambra Jovinelli di Roma, con la direzione artistica di Serena Dandini. Approda in televisione grazie a Marco Giusti, che le offre due ruoli fissi nei suoi programmi BlaBlaBla e Stracult ; vengono poi Radio Sex, di Alessandro Baracco, e Le ragazze di San Frediano, per la regia di Vittorio Sindoni; infine nel 2007 è Marzia Meniconi, una delle protagoniste di Gente di mare 2.
Tra il 2007 e il 2008 è impegnata in quattro film: Leonardo Pieraccioni la vuole nel ruolo di Giustina in Una moglie bellissima, in cui canta due canzoni del musical Grease, facenti parte della colonna sonora del film; Francesco Patierno la sceglie per Il mattino ha l’oro in bocca; Spike Lee le affida il ruolo di Fabiola, una delle vittime della strage nazista di Sant’Anna di Stazzema nel film Miracolo a Sant’Anna. Nel 2009 partecipa alla miniserie Le segretarie del sesto, per la regia di Angelo Longoni, e al film Feisbum – Il film, episodio Gaymers, diretto da Emanuele Sana. Nel 2010 compare ancora sul piccolo schermo nella serie tv Tutti pazzi per amore 2, per la regia di Riccardo Milani.
È una delle protagoniste del film per il cinema Maschi contro femmine nel 2010 e di Femmine contro maschi nel 2011, entrambi per la regia di Fausto Brizzi, in cui interpreta Marta, una ragazza omosessuale. Nel 2011 co-conduce il programma televisivo Colorado; al cinema recita nel film La peggior settimana della mia vita, per la regia di Alessandro Genovesi; in televisione ritorna su Rai 1, col personaggio di Bea, in Tutti pazzi per amore 3. Partecipa inoltre al film C’è chi dice no, per la regia di Giambattista Avellino, e all’opera prima Cacao, per la regia di Luca Rea. Vince il Premio Guglielmo Biraghi nel 2011, come attrice rivelazione dell’anno, assegnatole dal sindacato giornalisti cinematografici, nell’ambito del 68º Festival Internazionale del cinema di Venezia.
Nel 2012 è testimonial di Dolce & Gabbana nella campagna mondiale uomo P/E 2012.
Sempre nel 2012 torna in tv, su Sky Cinema, con Un Natale per due, dove interpreta anche la Carmen di Bizet, per la regia di Giambattista Avellino. Sempre nel 2012 torna al cinema con Buona giornata per la regia di Carlo Vanzina. Nel 2013 è una delle protagoniste del film per il cinema Pazze di me, di Fausto Brizzi. Dal 30 aprile dello stesso anno conduce il programma Aggratis!, trasmesso in diretta da Rai 2, in seconda serata. Nel 2013 è protagonista del film Ti sposo ma non troppo, opera prima di Gabriele Pignotta. Nel 2013 conduce il programma Fashion style in prima serata, ed è la protagonista dello spettacolo teatrale Ti ho sposato per allegria di Natalia Ginzburg, con la regia di Piero Maccarinelli per il quale riscuote ottime critiche, come quella di Franco Cordelli nel Corriere.
Nel 2014 è protagonista del film Soap opera di Alessandro Genovesi. Sempre nel 2014 conduce in prima serata Colorado su Italia Uno, insieme a Diego Abatantuono. Nel 2015 è stata la madrina di due festival: quello di Tavolara, a luglio, e quello di Torino Film Festivala novembre. Nel 2015 è una delle protagoniste della fiction Matrimoni e altre follie, per la regia di Laura Muscardin. Nel 2015-2016 è la testimonial femminile della compagnia telefonica H3G. Per il cinema nel 2016 partecipa al film On Air – Storia di un successo, con la regia di Davide Simon Mazzoli e presta la voce a Matilda nel cartone animato Angry Birds, regia di Clay Kaytis, Fergal Reilly. Sempre nel 2016 viene scelta da Pippo Baudo per co-condurre con lui Domenica in.
Nelle stagioni 2017 e 2018 è la protagonista femminile dello spettacolo teatrale Due, scritto da Luca Miniero e Smeriglia e diretto dallo stesso Miniero, che con più di 200 repliche è uno straordinario successo al botteghino e per il quale la Francini riceve il plauso della critica. Sempre nel 2017 esordisce per Rizzoli con il romanzo Non parlare con la bocca piena, Best seller, con otto edizioni e 40 000 copie vendute che entra nella Top 20 della narrativa italiana e riscuote ottime critiche, come quella di Aldo Cazzullo. In Mia madre non lo deve sapere, pubblicato a maggio 2018, la protagonista è la stessa. Si chiama Chiara. Come lei.
