Nato ad Aguilas nel marzo 1926, comincia la sua carriera cinematografica come elettricista di scena. Appassionato di teatro, recita in una compagnia filodrammatica e viene scoperto dal regista Rafael Gil, il quale gli fa interpretare una piccola parte nel drammatico L’ultimo amante (1946). Dopo una lunga gavetta, con ruoli secondari in numerosi film - La prodiga (1946), Don Chisciotte della Mancia (1947), La guerra di Dio (1953), Beta 7 servizio politico (1954), Il bacio di Giuda (1954), Il canto del gallo (1955), Il segreto di una stella (1956), La gran mentira (1957), tutti diretti da R. Gil, El crimen de Pepe Conde (1946) di José Lopez Rubio, Revelacion (1948) di Antonio de Obregon, La honradez de la cerradura (1950) di Luis Escobar, Maria Morena (1951) di José Maria Forqué e Pedro Lazaga, Luna de sangre (1952) e Hay un camino a la derecha (1953) di Francisco Rovira Beleta, Todo es posible en Granada (1954) e Zaras il ribelle (1958) di José Luis Saenz de Heredia, La picara molinera (1955) di Leon Klimovsky, Il bandito di Sierra Morena (1957) e La noche y el alba (19589 di J. M. Forqué, Los clarines del miedo (1958) di Antonio Roman - il successo arriva alla fine degli anni Cinquanta con il ruolo dell’anticonvenzionale sacerdote protagonista di Nazarin (1959) di Luis Bunuel. La sua recitazione misurata, l’espressione serie e fissa, l’attento studio dei personaggi e la sua esperienza sui palcoscenici lo fanno diventare, nel giro di qualche anno, uno fra gli attori più noti e ricercati del cinema spagnolo ed europeo.

Lo si ricorda cinico cugino Jorge nel tormentato Viridiana (1961) di L. Buñuel, intellettuale fidanzato della protagonista (interpretata da Monica Vitti) in L’eclisse (1962) di Michelangelo Antonioni, comprensivo confessore nello “scandaloso”, pluricensurato e diderotiano Suzanne Simonin, la religiosa (1966) di Jacques Rivette, killer gelido nel giallo Il salario della paura (1977) di William Friedkin, remake americano del francese di Vite vendute (1953) di Henri Georges Clouzot, vecchio Azarias nel drammatico I santi innocenti (1984) di Mario Camus, con cui vince la Palma d’Oro al Festival di Cannes.

A partire dalla metà degli anni Ottanta si dedica a film minori: è il tormentato protagonista del letterario Torquemada (1989) di S. Barabas, l’indovino Tiresia nella versione cinematografia della tragedia di Sofocle Oedipo alcalde (1996) di Jorge Alì Triana, il cieco malvagio nel picaresco Lazaro de Tormes (2000) di F. Fernan Gomez.

Nel corso della sua carriera, che fu interrotta solo dalla morte - avvenuta all’età di settantacinque anni -, Francisco Rabal ha recitato in oltre duecento film e in decine di pièces teatrali.

In Italia recita in pellicole come Saranno uomini (1956) di Silvio Siano, La grande strada azzurra (1957) di Gillo Pontecorvo, Marisa la civetta (1957) di Mauro Bolognini, La Gerusalemme liberata (1957) di Carlo Ludovico Bragaglia, Morte di un bandito (1961) di Giuseppe Amato, Tiro al piccione (1961) di Giuliano Montaldo (al suo esordio alla regia), La rimpatriata (1963) e Il sorriso del grande tentatore (1974) di Damiano Damiani, I lunghi giorni della vendetta (1967) di Florestano Vancini, La strega bruciata viva (1967) di Luchino Visconti, episodio di Le streghe, Simon Bolivar (1969) di Alessandro Blasetti, La battaglia d’Inghilterra (1969) di Enzo G. Castellari, il western comico Si può fare... amigo! (1972) di Maurizio Lucidi, con Bud Spencer, Jack Palance e Renato Cestié, Il consigliori (1973) di Alberto De Martino, La colonna infame (1973) di Nelo Risi, Attenti al buffone (1975) di Alberto Bevilacqua, Faccia di spia (1975) di Giuseppe Ferrara, Il deserto dei Tartari (1976) di Valerio Zurlini, tratto dal libro omonimo di Dino Buzzati, Il prefetto di ferro (1977) e Corleone (1978) di Pasquale Squitieri, con Giuliano Gemma e Claudia Cardinale, Così come sei (1978) di Alberto Lattuada, Il giorno dei cristalli (1978) di Giacomo Battiato, Speed Driver (1980) di Stelvio Massi, Incubo sulla città contaminata (1980) di Umberto Lenzi, Un complicato intrigo di donne, vicoli e delitti (1986) di Lina Wertmüller.

Attivo anche in televisione, è apparso in alcuni film tv - Un marinaio e mezzo (1985) di Tommaso Dazzi, con Franco Nero, La storia (1986) di Luigi Comencini, tratto dal romanzo omonimo di Elsa Morante - ed in miniserie come Cristoforo Colombo (1968) di Vittorio Cottafavi, Il giovane Garibaldi (1974) di Franco Rossi, Sei delitti per Padre Brown (1988) di Vittorio De Sisti.