От своей матери Элеоноры Толедской он унаследовал утонченные черты лица и прекрасные глаза. Иногда — когда он этого хотел — в нем вспыхивало очарование прекрасной испанки. От отца, Страшного Козимо I, Франческо получил трудный характер, жестокость, немыслимую гордость и страсть к женщинам. Но политическое чутье, ясный ум и способности к управлению государством, присущие Козимо, Франческо не передались.
С юных лет он интересовался алхимией, экспериментировал с плавлением хрусталя и всерьез занимался резьбой по драгоценным и полудрагоценным камням. Ему даже удалось восстановить технологию изготовления старинного китайского фарфора, считавшуюся утерянной. У него был безупречный вкус, он обожал и любовно собирал редкие камни, предметы искусства и все красивое. В этом он был настоящий Медичи.
Однако настоящим призванием молодого принца были ночные похождения по злачным местам города в поисках галантных приключений. Закутавшись в плащ, закрыв лицо широкополой шляпой, он любил ночами бродить по городу, надеясь встретить что-нибудь пикантное. Это и определило его судьбу.
Вся его жизнь прошла под знаком любви к некой Бьянке Капелло, венецианке сомнительного образа жизни. О ней рассказывали следующее.
Она родилась в знатной венецианской семье и с ранних лет обращала внимание своей выдающейся красотой. Родители строили великие планы относительно ее будущего и даже в церковь водили девочку, только закутав в покрывало. Однако как ни стерегли домашние свое сокровище, совсем юной она познакомилась с молодым и красивым флорентийцем Пьетро Бонавентурой и бежала с ним из родительского дома, прихватив с собой деньги и фамильные драгоценности. Пьетро, назвавшийся возлюбленной громкой, известной всей Италии фамилией Строцци, оказался на деле нищим конторщиком. Он привел Бьянку в убогое жилище, которое им приходилось делить с его бедными и недружелюбными родственниками. Семья жила на ценности Бьянки, прихваченные ею из родительского дома, а когда они кончились, ей пришлось черной работой заслуживать право делить с ними кров. Любовь, которая первое время скрашивала оказавшуюся такой убогой действительность, очень быстро сошла на нет. К тому же Венеция назначила награду за выдачу Бьянки и ее совратителя, и им приходилось скрываться. В некоторых источниках утверждается, что в это время Бьянка родила дочь и тяжелые роды в дальнейшем не позволили ей иметь детей.
Возвращаясь как-то утром домой, Франческо увидел в окне одного бедного дома необыкновенно красивую девушку и решить ею завладеть. (Многие полагали, что семья Бонавентуры разработала настоящую стратегическую операцию, чтобы Франческо ее увидел.) Пьетро и его родные радовались возможности извлечь выгоду из красоты Бьянки. Радовалась и она, твердо решив покончить с нищетой и униженностью.
Бьянка не была невинной и скромной девушкой, скорее умелой и страстной куртизанкой. Но в отличие от множества женщин, сделавших разврат своим ремеслом, она была благородного происхождения, получила хорошее воспитание, некоторые зачатки образования, обладала вкусом и тактом. Не попадись она на глаза Франческо, она бы, наверно, стала знаменитой гетерой. Необыкновенное сочетание разнообразных достоинств очень скоро накрепко привязало к ней Франческо. Не обращая внимания на гнев своего отца, он сделал мужа Бьянки своим придворным и даже безуспешно пытался через посредничество флорентийского дипломатического представителя в Венеции и папского нунция добиться для нее амнистии и примирения с родителями.
Его женитьба в декабре 1565 года на Иоганне Австрийской не уменьшила привязанности к Бьянке.
Австрийскую принцессу принято считать некрасивой и непривлекательной. Однако на раннем портрете дочь императора Фердинанда II, сестра императора Максимилиана II мила и трогательна. Она получила классическое образование; кроме родного немецкого знала французский, итальянский, латынь и венгерский языки. Под руководством своих учителей она прочитала труды римских философов, но, похоже, не прониклась ни стройностью их логических построений, ни стремлением к идеалу. Неяркая, набожная, опа, как большинство габсбургских принцесс, была воспитана в сознании, что осчастливит своей персоной будущего супруга, и являла величайшее чувство собственного достоинства.
Выданная замуж в 18 лет за 24-летнего Франческо, она была осведомлена о его страсти к Бьянке, но не снисходила с высот своего происхождения до ревности к какой-то путане. Ее задачей было родить наследников великому герцогу, воспитать их в духе почтения к императорской воле и проводить, насколько возможно, политику дома Габсбургов.
Однако первым ребенком Франческо и Иоганны оказался не мальчик, а дочь Элеонора, впоследствии выданная за Винченцо Гонзаго. И каждый год великая герцогиня рожала по девочке: Ромола, Анна, Изабелла, Лукреция, Мария. Они умирали в младенческом возрасте; выжила лишь младшая дочь, которой было уготовано большое будущее.