Franco Piavoli nasce a Pozzolengo (Brescia) nel 1933.
Dopo la laurea in legge, si dedica all'insegnamento del diritto e contemporaneamente coltiva l'arte della pittura e della fotografia. Negli anni sessanta gira alcuni cortometraggi: Le stagioni (1961), Domenica sera (1962), Emigranti (1963) ed Evasi (1964), tutti premiati al Festival di Montecatini.
Nel 1982 realizza il suo primo lungometraggio: Il pianeta azzurro. In concorso alla 50a Mostra del Cinema di Venezia, ottiene il premio BCV per un nuovo autore e il Premio UNESCO. L'anno successivo si aggiudica un Nastro d'argento. Nel 1984 cura la regia di "Suor Angelica" di Puccini al Maggio Musicale Fiorentino. Nel 1985 dirige "La forza del destino" di Verdi e nel 1990 la "Norma" di Bellini al Teatro Grande di Brescia.
Nel 1989 realizza Nostos, il ritorno, personale rivisitazione del mito di Ulisse, presentato al Festival di Locarno, al Mill Valley Film Festival di San Francisco e al Festival di Mosca. Nel 1996 Voci nel tempo vince il Premio FEDIC alla Mostra del Cinema di Venezia. Nel 1998 al Filmtage di Gottingen ottiene il premio del pubblico.
Nel 2002 realizza Al primo soffio di vento, presentato in concorso al Festival di Locarno e nel 2003 viene invitato al Sundance Film Festival. Il film vince il Premio del Pubblico al 16° Neue Heitmatfilm di Freistadt e quello per il miglior film straniero al Santa Cruz Film Festival 2004. Nel 2004 al Quirinale gli viene conferito il Premio Vittorio De Sica.
Nel 2005 partecipa al Festivaletteratura con Affettuosa presenza, tratto dall'epistolario Bellintani-Parronchi. Nel 2008 presenta Il pianeta azzurro al Lincoln Center di New York. Nel 2009 realizza L'Orto di Flora, parte del film documentario Terra Madre diretto da Ermanno Olmi. Nel 2010 gli viene conferita la medaglia del Presidente della Repubblica Italiana nell'ambito del Premio Solinas. Nel 2016 il festival Cinema du Réel di Parigi gli dedica una retrospettiva integrale.