Ancien élève de l’École nationale des arts appliqués, François Beaulieu se tourne vers le théâtre et entre au Conservatoire national d’art dramatique de Paris avant d’intégrer le 1er janvier 1968 la troupe de la Comédie-Française.

Il devient Sociétaire le 1er janvier 1974 et Sociétaire honoraire en Janvier 2003.

Il poursuit son approfondissement de l'interprétation et du langage en cherchant toujours à nourrir sa curiosité et sa culture. Il débute ainsi le métier d’acteur en jouant Racine, Corneille, Marivaux, Giraudoux. Il interprète les grands rôles du Répertoire, Alceste dans Le Misanthrope de Molière, Don Rodrigue dans Le Cid de Corneille et endosse les rôles titres d’Hernani et Ruy Blas de Victor Hugo, Cinna de Corneille… Il joue sous la direction de Jacques Sereys, Jean-Marie Serreau, Terry Hands, Jacques Charon, Robert Hossein.

En 1985, il joue dans Hortense a dit « Je m’en fous ! » de Georges Feydeau mis en scène par Stuart Seide, puis dans Un pour la route d'Harold Pinter mis en scène par Bernard Murat en 1987, La Vie de Galilée de Bertolt Brecht mis en scène par Antoine Vitez en 1989, Occupe-toi d'Amélie de Georges Feydeau mis en scène par Roger Planchon et Le Misanthrope de Molière mis en scène par Simon Eine en 1995, Suréna de Corneille mis en scène par Anne Delbée, Le Chant de la baleine d'Yves Lebeau mis en scène par Jacques Rosner en 1999 ou encore Escurial, Trois Acteurs, un drame… de Michel de Ghelderode mis en scène par Vincent Boussard en 2000.
Il met lui-même en scène Les Caprices de Marianne d'Alfred de Musset en 1980.

Au cinéma, il joue sous la direction de Raymond Rouleau dans Ruy Blas d’après Victor Hugo et dans Tartuffe de Molière, aux côtes de Michel Duchaussoy, sous la direction de Pierre Badel. François Beaulieu prend également part à des productions musicaux-littéraires, notamment auprès de l'orchestre romantique européen et du pianiste Romain Hervé.

Il est Chevalier de l’Ordre National du Mérite, Officier des Arts et Lettres. Il est chevalier de l'Ordre national du Mérite et officier des Arts et des Lettres.