Франсуа Буше родился в Париже 29 сентября 1703 года. Его отец, Николя Буше, был художником. Он зарабатывал на жизнь рисованием гравюр и узоров для вышивки. С ранних лет Франсуа помогал отцу в мастерской.

Отец, обнаружив у своего сына талант, определил его в ученики к Франсуа Лемуану. У Лемуана Буше провёл несколько месяцев и вспоминал о нём впоследствии без большой благодарности.

В семнадцать лет Буше поступил в мастерскую гравёра Жана-Франсуа Карса, что позволило ему самостоятельно зарабатывать на жизнь, а также завести полезные знакомства — с высокопоставленными клиентами своего наставника.

С 1720 года Буше занимался у Ф. Лемуана, известного мастера-монументалиста; затем работал в мастерской гравера Ж. Ф. Кара-старшего, изучая искусство оформления книг и гравюру.

В 1722 ему было поручено иллюстрировать новое издание «Французской истории» Габриэля Даниеля, а в 1723 он получил академическую премию за картину «Евил-меродах, сын и наследник Навуходоносора, освобождающий из оков царя Иоахима».

Участие в 1722—1723 годах в создании офортов для «Сборника Жюльена», в котором воспроизводились в гравюре все произведения А. Ватто, позволило ему познакомиться с работами этого художника, усвоить его композиционные приемы.

В 1723 году Франсуа Буше победил в конкурсе на Римскую премию Королевской академии живописи и ваяния. Эта победа давала ему право на обучение в Риме, но в итальянском филиале академии не нашлось для победителя вакантного места. Отправиться в путешествие по Италии молодому художнику удалось лишь в 1727 году. В Риме на него произвели особенно сильное впечатление декоративные работы Пьетро да Кортона и Джованни Ланфранко. Несомненно, художник был знаком и с венецианской традицией монументально-декоративной живописи, хотя неизвестно, ездил ли он в Венецию; позже Буше стал коллекционировать рисунки Тьеполо. Пейзажи «Вид Тиволи» (Музей искусств и архитектуры, Булонь-сюр-мер) и «Вид садов Фарнезе» (Метрополитен-музей, Нью-Йорк) исполнены на основании итальянских впечатлений. Уже в них проявился незаурядный декоративный дар художника, умеющего строить композиции на сочетании ритмики целого и характерной детали.

Этот период был временем расцвета таланта Буше. Он создает полотна на мифологические и библейские сюжеты, пишет пасторали, сцены в интерьере, пейзажи, создает декорации к балету «Персей» (1746) и опере-балету «Галантная Индия» (1735), работает для мануфактур гобеленов и фарфора.

Вернувшись из Италии в 1731 году, Буше почти сразу же стал кандидатом в Королевскую академию по отделению исторической живописи, а уже в 1734 году его утвердили как полноправного члена академии за картину «Ринальдо и Армида» (1734).

Первые годы после итальянского путешествия почти полностью посвящены рисунку, копированию и гравюре.

В 1733 году он женится на семнадцатилетней прелестнице Мари-Жанн Бюзо, с которой написаны многие «нимфы» Буше. Чуть позже он стал преподавать в академии, сначала как ассистент (1735), а затем — как мастер (1737). Но несмотря на это Буше в то время был ограничен в средствах.

С конца 1730-х годов работает в театральной декорации и на мануфактуре Бове, где создает картоны для ковров.

В 1737 г. Буше становится профессором Академии.

В 1730—1740-х годах он получает большие официальные заказы на росписи апартаментов в Версале — в комнате Королевы («Королевские добродетели», 1735), в Малых апартаментах («Охота на тигра», «Охота на крокодила», обе — 1736, Амьен, Музей изящных искусств), в апартаментах дофина («Венера и Вулкан», 1747, Париж, Лувр), а также в Королевской библиотеке Парижа («История», 1743—1746, Париж, Национальная библиотека). Он проявляет в них изощренную фантазию, изображая мифологические и аллегорические сцены с пикантной занимательностью и грацией, ценимыми в эпоху рококо[8].

В 1742—48 гг. он занимал должность декоратора парижской Оперы.

С 1755 (по другим версиям — 1757) по 1767 г. Буше был директором Королевской мануфактуры гобеленов.

С 1760 г. Буше теряет былую популярность. В 1761 году становится ректором Королевской академии, в 1765 году — директором. За несколько месяцев до смерти его избирают почетным членом Петербургской академии художеств.

30 мая 1770 г. Буше скончался.