Dès l'âge de quinze ans, François Périer apprend l'art dramatique au Cours Simon et joue en amateur dans la troupe des Compagnons du plateau. En 1938, il entre au Conservatoire dans la classe d'André Brunot et obtient sa première consécration au théâtre en recevant le prix Réjane pour son interprétation des Jours heureux. A la même époque, il débute au cinéma dans des petits rôles, notamment en homosexuel gentil dans L'Hôtel du Nord (1938) de Marcel Carné et en héros antipathique dans Le Veau gras (1938) de Serge de Poligny.
Le début de la carrière de François Périer est marqué par des rôles de jeune premier éploré. Christian-Jaque n'est pas étranger à son succès : avec Premier Bal (1941), François Périer devient populaire et s'oriente rapidement vers des rôles de composition ; Un revenant (1946) lui permet de montrer son talent en passant du rire aux larmes en bourgeois amoureux d'une danseuse. L'acteur prouve avec La Vie en rose (1947) de Jean Faurez qu'il peut jouer les personnages cyniques. Mais c'est surtout Gervaise (1955) de René Clément qui révèle un François Périer nouveau : il incarne le Coupeau inspiré de L'Assommoir de Zola avec toute la violence de l'époque. Federico Fellini lui propose alors un rôle aux antipodes de son registre habituel ; en personnage cynique et repoussant, animé de la plus ignoble détermination, François Périer réussit à effrayer. Par la suite, il joue divers rôles avec moins de relief ; il est par exemple un des Charmants Garçons (1957) d'Henri Decoin, Bobosse (1958) d'Etienne Périer ou le mari adultère de La Française et l'amour (1960) de Christian-Jaque. A partir des années 1960, François Périer se consacre surtout au théâtre. Il apparaît néanmoins régulièrement à l'écran, mais s'il garde son excellence, il passe au second plan. En 1987, il interprète Soigne ta droite pour Jean-Luc Godard.
François Périer mène une carrière théâtrale importante. Après avoir joué Les Mains sales, il met en scène une autre pièce de Jean-Paul Sartre, Les Séquestrés d'Altona. En 1984, il interprète Orgon dans Tartuffe au côté de Gérard Depardieu.
Il dirige le théâtre de la Michodière pendant plusieurs années.
Il joue dans un certain nombre de téléfilms, notamment dans Un monstre (1972) de Jean-Marie Périer et dans Le Gorille (1988).
Auteur de plusieurs ouvrages, dont Lettres à un jeune comédien (1995), il publie ses mémoires, Profession menteur (1990).
Courts métrages 1949 | Affaire Manet (L') | Jean Aurel |
| 1949 | Un chien et madame | Marcel Martin |
| 1951 | Vedettes sans maquillage | Jacques Guillon |
| 1954 | Cigale et la fourmi (La) | Jean Image |
| 1956 | Georges de La Tour peintre oublié | Jean Faurez |
| 1957 | Américain se détend (L') | François Reichenbach |
| 1957 | Autour d'un film | Michel Deville, Charles Gérard |
| 1959 | Saint-Blaise-des-Simples | Philippe Joulia |
| 1960 | Contrastes | Robert Ménégoz |
| 1960 | Rondon (Le) | André Berthomieu |
| 1963 | Comédiens (Les) | Jacques Tierry |
| 1963 | Meuse, fleuve de guerre, fleuve de paix (La) | Edouard Logereau |
| 1971 | Train en marche (Le) | Chris Marker |
| 1984 | 2084 | Chris Marker, CFDT - Confédération Française Démocratique du Travail . Groupe Confédéral Audiovisuel |
Longs métrages| 1938 | Chaleur du sein (La) | Jean Boyer |
| 1938 | Entraîneuse (L') | Albert Valentin |
| 1938 | Fin du jour (La) | Julien Duvivier |
| 1938 | Hôtel du Nord | Marcel Carné |
| 1938 | Veau gras (Le) | Serge de Poligny |
| 1939 | Duel (Le) | Pierre Fresnay |
| 1941 | Jours heureux (Les) | Jean de Marguenat |
| 1941 | Premier bal | Christian-Jaque |
| 1942 | Camion blanc (Le) | Léo Joannon |
| 1942 | Lettres d'amour | Claude Autant-Lara |
| 1942 | Mariage d'amour | Henri Decoin |
| 1943 | Bonsoir mesdames, bonsoir messieurs | Roland Tual |
| 1943 | Ferme aux loups (La) | Richard Pottier |
| 1944 | Enfant de l'amour (L') | Jean Stelli |
| 1945 | Au petit bonheur | Marcel L'Herbier |
| 1945 | Sylvie et le fantôme | Claude Autant-Lara |
| 1945 | Tentation de Barbizon (La) | Jean Stelli |
| 1946 | Silence est d'or (Le) | René Clair |
| 1946 | Un revenant | Christian-Jaque |
| 1947 | Une jeune fille savait | Maurice Lehmann |
| 1947 | Vie en rose (La) | Jean Faurez |
| 1948 | Femme sans passé | Gilles Grangier |
| 1948 | Jean de la Lune | Marcel Achard |
| 1948 | Retour à la vie : Le Retour d'Antoine | Georges Lampin |
| 1949 | Au P'tit Zouave | Gilles Grangier |
| 1949 | Orphée | Jean Cocteau |
| 1949 | Souricière (La) | Henri Calef |
| 1950 | Anciens de Saint-Loup (Les) | Georges Lampin |
| 1950 | Bonjour Paris | Jean Image |
| 1950 | Mon phoque et elles | Pierre Billon |
| 1950 | Souvenirs perdus | Christian-Jaque |
| 1951 | Amour, Madame (L') | Gilles Grangier |
| 1952 | Elle et moi | Guy Lefranc |
| 1952 | Un trésor de femme | Jean Stelli |
| 1953 | Capitaine Pantoufle | Guy Lefranc |
| 1953 | Jeunes mariés | Gilles Grangier |
| 1953 | Secrets d'alcôve : Le Lit de la Pompadour | Jean Delannoy |
| 1953 | Tempi nostri Quelques pas dans la vie | Alessandro Blasetti |
| 1953 | Villa Borghese Les Amants de Villa Borghese | Gianni Franciolini |
| 1954 | Cadet Rousselle | André Hunebelle |
| 1954 | Escale à Orly | Jean Dréville |
| 1954 | Evadés (Les) | Jean-Paul Le Chanois |
| 1954 | Scènes de ménage | André Berthomieu |
| 1955 | Gervaise | René Clément |
| 1956 | Bonjour toubib | Louis Cuny |
| 1956 | Je reviendrai à Kandara | Victor Vicas |
| 1956 | Louves (Les) | Luis Saslavsky |
| 1956 | Notti di Cabiria (Le) Les Nuits de Cabiria | Federico Fellini |
| 1956 | Que les hommes sont bêtes | Roger Richebé |
| 1957 | Charmants garçons | Henri Decoin |
| 1957 | La Bigorne, caporal de France | Robert Darène |
| 1957 | Tous peuvent me tuer | Henri Decoin |
| 1958 | Bobosse | Etienne Périer |
| 1958 | Derrière la grande muraille | Robert Ménégoz |
| 1959 | Affreux (Les) | Marc Allégret |
| 1959 | Corde raide (La) | Jean-Charles Dudrumet |
| 1959 | Magistrato (Il) Nous sommes tous coupables | Luigi Zampa |
| 1959 | Testament d'Orphée ou Ne me demandez pas pourquoi (Le) | Jean Cocteau |
| 1960 | Amant de cinq jours (L') | Philippe de Broca |
| 1960 | Amours de Paris (Les) | Jacques Poitrenaud |
| 1960 | Française et l'amour : Le Divorce (La) | Christian-Jaque |
| 1960 | Réveille-toi chérie | Claude Magnier |
| 1961 | Crime ne paie pas (Le) | Gérard Oury |
| 1961 | Petits matins = Mademoiselle stop (Les) | Jacqueline Audry |
| 1962 | Veinards : Le Vison (Les) | Jean Girault |
| 1963 | Compagni (I) Les Camarades | Mario Monicelli |
| 1963 | Coup de bambou | Jean Boyer |
| 1963 | Dragées au poivre | Jacques Baratier |
| 1963 | Visita (La) Annonces matrimoniales = La Visite | Antonio Pietrangeli |
| 1964 | Week-end à Zuydcoote | Henri Verneuil |
| 1966 | Un homme de trop | Costa-Gavras |
| 1967 | Gauloises bleues (Les) | Michel Cournot |
| 1967 | Samouraï (Le) | Jean-Pierre Melville |
| 1967 | Temps des doryphores (Le) | Dominique Rémy |
| 1968 | Z | Costa-Gavras |
| 1969 | Caprices de Marie (Les) | Philippe de Broca |
| 1969 | Nuit bulgare (La) | Michel Mitrani |
| 1970 | Cercle rouge (Le) | Jean-Pierre Melville |
| 1970 | Juste avant la nuit | Claude Chabrol |
| 1970 | Max et les ferrailleurs | Claude Sautet |
| 1970 | Tumuc Humac | Jean-Marie Périer |
| 1971 | Primer ano La Première année | Patricio Guzmán |
| 1972 | Attentat (L') | Yves Boisset |
| 1972 | Deux mémoires (Les) | Jorge Semprún |
| 1972 | Vogliamo i colonnelli Nous voulons les colonels | Mario Monicelli |
| 1973 | Antoine et Sébastien | Jean-Marie Périer |
| 1973 | Stavisky... | Alain Resnais |
| 1975 | Docteur Françoise Gailland | Jean-Louis Bertuccelli |
| 1975 | Police Python 357 | Alain Corneau |
| 1975 | Sartre par lui-même | Michel Contat, Alexandre Astruc |
| 1975 | Spirale (La) | Armand Mattelart, Jacqueline Meppiel, Valérie Mayoux |
| 1976 | Baxter, Vera Baxter | Marguerite Duras |
| 1976 | Ben et Bénédict | Paula Delsol |
| 1977 | Fond de l'air est rouge (Le) | Chris Marker |
| 1977 | Raison d'état (La) | André Cayatte |
| 1979 | Guerre des polices (La) | Robin Davis |
| 1980 | Bar du téléphone (Le) | Claude Barrois |
| 1982 | Battant (Le) | Alain Delon |
| 1984 | Tartuffe (Le) | Gérard Depardieu |
| 1986 | Mémoires pour Simone | Chris Marker |
| 1987 | Soigne ta droite | Jean-Luc Godard |
| 1990 | Madame Bovary | Claude Chabrol |
| 1990 | Pagaille (La) | Pascal Thomas |
| 1992 | Voyage à Rome | Michel Lengliney |
| 1995 | Mémoires d'un jeune con | Patrick Aurignac |