született 1915. december 12-én New Jersey Államban, Hoboken városában. Sosem volt jó tanuló, az iskolát 16 évesen otthagyta és sosem érettségizett le. Kezdetben újságkihordóként dolgozott a Jersey Observernél, de fő érdeklődési köre mindig is a zene volt. Autodidakta módon fejlesztette tudását, de kottát olvasni soha nem tanult meg. 1939. március 18-án Frank rögzítette élete első demófelvételét, az Our Love című dalt. Júniusban Sinatra újabb szerződést írt alá, ezúttal egy évre szólót, ami jól is jövedelmezett a számára. Ez év júliusában pedig megjelent első hivatalos kislemeze, a From the Bottom of My Heart, ami nagyon gyorsan eladási csúcsokat döntögetett.
1941 májusára Frank Sinatra igazi sztár lett. Ő volt az első énekes a szakma történetében, akikért kamaszlányok milliói rajongtak. Addig a showbusiness többnyire a felnőtt közönséget célozta meg, ám Frank hódított a fiatalok körében.
1943-ban a Columbiával kötött szerződést, mint szóló énekes és innentől kezdve szinte megállíthatatlan volt. A legnagyobb sikereit a második világháború alatt érte el, amiért nagyon sok kritikát kapott. A katonaság alkalmatlannak nyilvánította a szolgálatra egy fülsérülés miatt.
Első fontosabb filmszerepét 1945-ben kapta. Gene Kelly oldalán játszhatott a Horgony fel! című legendás zenés filmben. A páros népszerű lett, az elkövetkező években több filmben is szerepeltek együtt nagy sikerrel.
Frank első önálló albumát, a The Voice of Frank Sinatra címűt 1946-ban adta ki. Ezután azonban két évig annyira lekötötte a filmezés, hogy a színpadra csupán 1950-ben tért vissza énekesként. A Columbia 1952-ben egyszerűen felbontotta vele a szerződést, jóformán kirúgták. Filmsztárként azonban még mindig igencsak kapósnak számított. A From Here to Eternity című drámában nyújtott alakításáért 1953-ban Oscar-díjjal jutalmazták.
A hatvanas évek elején, miközben sikerfilmeket gyártott halomra, segített Martin Luther King Jr. politikai kampányában is. Ezekben az években újra a virágkorát élte. Olyan nagy nevekkel vette körbe magát, mint Sammy Davis Jr, Ella Fiztgerald, Dean Martin, Count Basie, vagy éppen Bing Crosby. Amihez nyúlt, biztosan siker lett. 1966-ban Emmy díjat nyert a Strangers in the Night és a It was a very good year című dalaival. 1979-ben karrierjének 40 éves fennállását, és a 64. születésnapját Las Vegasban ünnepelte, mely során Grammy Életműdíjjal jutalmazták.
Haláláig aktív maradt, koncertezett Európában és Japánban is. 1997-ben szívrohamot kapott, melyből sosem gyógyult fel és végül 1998. május 14-én a második szívrohamát követően, 82 éves korában elhunyt.