Nato a San Frediano a Settimo (Pisa) nel 1846, Francesco Gioli avvia i suoi studi a Pisa sotto la guida di Annibale Marianini, direttore dell’Accademia di Belle Arti, proseguendo a Firenze, dove è allievo di Antonio Ciseri e Enrico Pollastrini. L’esordio ufficiale coincide nel 1869 con la presentazione di un dipinto di soggetto storico, Carlo Emanuele di Savoia che scaccia l’ambasciatore spagnolo, al quale seguono alcune realizzazioni nell’ambito della pittura di genere di gusto neosettecentesco. Nello stesso 1870 il dipinto Angelus Domini viene premiato con medaglia di bronzo all’Esposizione Nazionale di Parma. Il 1875 è l’anno della partecipazione al Salon di Parigi con l’opera L’incontro, conservato alla Galleria d’Arte Moderna di Palazzo Pitti di Firenze, oltre che del viaggio a Parigi in compagnia di Giovanni Fattori, Egisto Ferroni e Niccolò Cannicci, durante il quale l’artista ha occasione di visitare il Salon, di apprezzare l’opera di Millet, Breton e De Nittis, e di intessere relazioni proficue con alcuni artisti francesi.
Seguono diverse partecipazioni fortunate alle esposizioni ufficiali a Roma, a Londra, a Venezia, alla Festa dell’Arte e dei Fiori di Firenze del 1896-1897. Proprio a questa data l’artista si avvia verso sperimentazioni moderatamente divisioniste, riassunte dalla critica coeva con il termine di “complementarismo”, mentre i soggetti trattati acquistano una risonanza lirica, confinante con le dominanti atmosfere simboliste. Nell’ultimo decennio dell’Ottocento, nel corso della sua permanenza a Volterra, nascono anche le vedute dedicate al mercato e ai monumenti cittadini. Alle soglie del Novecento deve ascriversi un soggiorno marchigiano durante il quale l’artista approfondisce ricercati effetti solari sulla marina dell’Adriatico, prediligendo atmosfere dorate di tramonti.
Nel 1914 Gioli viene celebrato dalla Biennale di Venezia con una sala dedicata all’intera sua produzione.
Muore a Firenze nel 1922.
Nel 1923 verrà allestita a Firenze la mostra antologica intitolata a Francesco Gioli.