Francesco Hayez nacque in una famiglia di condizioni modeste. Il padre Giovanni era di origini francesi; la madre, Chiara Torcella, veniva da Murano.
Il piccolo Francesco, ultimo di cinque figli, venne affidato ad una sorella della madre che aveva sposato Giovanni Binasco, armatore e mercante d'arte proprietario di una discreta collezione di dipinti.
Già da piccolo mostrò una predisposizione per il disegno e lo zio lo affidò ad un restauratore affinché ne imparasse il mestiere.
In seguito divenne allievo del pittore Francesco Magiotto presso il quale rimase per tre anni.
Frequentò il primo corso di nudo nel 1803 e nel 1806 venne ammesso ai corsi di pittura della Nuova Accademia di Belle Arti dove fu allievo di Teodoro Matteini.
Nel 1809 vinse un concorso indetto dall'Accademia di Venezia per l'alunnato presso l'Accademia di San Luca a Roma e si trasferì nella capitale dove divenne allievo di Canova che ne fu la guida e il protettore negli anni romani.
Nel 1814 lasciò Roma in seguito ad un'aggressione, avvenuta, pare, per vicende sentimentali, e si trasferì a Napoli dove gli venne commissionato da Gioacchino Murat il dipinto Ulisse alla corte di Alcinoo.
Nel 1822 viene chiamato ad insegnare all'Accademia di Belle Arti di Brera, come aiuto di Luigi Sabatelli. Insegnò all'Accademia, come aggiunto, fino al 1850, quando, alla morte di Sabatelli, ne assunse la cattedra che tenne fino al 1879.
Si spense a Milano il 21 dicembre 1882 all’età di 91 anni.