Attore irruente e grintoso che ha interpretato, nel corso degli anni Cinquanta- Sessanta, personaggi corrispondenti al suo carattere brusco e al suo temperamento impulsivo. Nato a New York, cominciò a studiare recitazione a soli 18 anni, dopo aver vinto una borsa di studio, presso il Dramatic Workshop della New School for Social Research, che gli aveva permesso di frequentare il leggendario Actors Studio accanto a Marlon Brando, Rod Steiger, James Dean e Paul Newman (che sarà poi uno dei suoi più grandi amici). Una volta diplomato si lanciò nel teatro, ottenendo un notevole successo con il personaggio di Polo, fratello di un drogato nel dramma "Un cappello pieno di pioggia", che gli aveva fatto guadagnare una candidatura al Tony Award: il primo dei suoi ruoli di giovani complicati. Invece, ad aprirgli le porte del grande schermo, fu il regista Elia Kazan che gli offrì, nel 1957, la parte dello spietatissimo Joey in Un volto nella folla.
Successivamente era stato la scelta naturale per il ruolo di Polo anche nella versione cinematografica del dramma diretto da Fred Zinnemann. Un'altra splendida interpretazione che gli aveva fruttato una nomination all'Oscar come miglior attore non protagonista, la Coppa Volpi ed il Premio Speciale della Giuria alla Mostra del Cinema di Venezia. Il 1957 è decisamente l'anno fatidico della sua carriera fattasi intensissima. Diventato uno dei belli di Hollywood, arrivò troppo presto al successo (non avendo la maturità psicologica ed emotiva per essere al centro di tanta attenzione), come lo dimostra il fatto che fu condannato a 10 giorni di carcere per aver picchiato un fotografo. Di lui si ricordano soprattutto pellicole come: Selvaggio è il vento (1957) di George Cukor accanto alla stupenda Anna Magnani; Questa notte o mai (1957) di Robert Wise, nel ruolo dello scapestrato proprietario di un locale notturno, Tony Armotti, sempre incline alle avventure sentimentali ma innamorato della segretaria Jean Simmons; La lunga estate calda (1958) di Martin Ritt, nei panni del figlio di un ricco uomo d'affari che però da scarso contributo all'azienda familiare e la biografia del pittore Francisco Goya in La Maya desnuda (1958) di Henry Koster.
Con gli anni Sessanta e Settanta però, per via del suo pessimo carattere che aveva facilmente danneggiato il suo lavoro (si dice infatti che non fossero sporadici gli episodi in cui litigava con registi e attori), fu costretto a lavorare anche in film di qualità inferiore come il goffo melodramma sentimentale americano Va nuda per il mondo con una impacciatissima Gina Lollobrigida. Col passare degli anni, abbondano nel suo curriculum (oltre a B-movie western, di spionaggio e horror) anche le apparizioni televisive, come le serie tv "Valentine's Day" (1964); "The Name of the Game" (1966), dal quale fu licenziato e sostituito non da un attore ma da una serie di attori come Robert Culp, Peter Falk, Darren McGavin e Robert Wagner, e "Search" (1970), e film tv come, The Deadly Hunt, Earth II (1971) e The Catcher (1972).
Di notevolissima importanza sono invece le sue apparizioni nel panorama cinematografico italiano a cominciare da Senilità (1962) di Mauro Bolognini, tratto dal romanzo omonimo di Italo Svevo, dove è l'impiegato triestino Emilio che prende una sbandata per la giovane popolana Angiolina (una bellissima Claudia Cardinale); proseguendo con Pupi Avati in Aiutami a sognare (1981) nel ruolo del pilota Made in Usa, Ray, che farà fantasticare la giovane Mariangela Melato a suon di jazz e, per finire, Tenebre (1982) di Dario Argento, nel ruolo di un romanziere americano sulla cresta dell'onda che si trova coinvolto in una serie di delitti ispirati al suo ultimo best seller. In mezzo, forse uno dei suoi ruoli più belli, quello del proprietario di un motel per camionisti, Annibale, che si sposerà con Virna Lisi e farà sua la "Cicala" Clio Goldsmith.
Ad una carriera così turbolenta non poteva mancare una vita sentimentale di altrettanta veemenza. Si sposa infatti ben 4 volte. Il primo matrimonio è con la scrittrice Beatrice Bakalyar (dal 1952 al 1957), terminato poi per sposare la sua ex compagna di corso all'Actor Studio e attrice premio Oscar, Shelley Winters. La loro fu un'unione brevissima (3 anni) e la Winters lasciò il posto alla rappresentante di immobili Judy Blaban Kanter (miglior amica della Principessa di Monaco, Grace Kelly) dalla quale avrà la sua prima figlia, Nina. Ma anche qui il matrimonio si concluderà con un divorzio. Quarta ed ultima moglie è la modella tedesca Rita Thiel che gli darà altri due figli, Christopher (divenuto anche lui attore) e Marco. Ma non mancarono i flirt, uno in particolare italiano durato solo due mesi con Marisa Merlini.
Il suo ultimo ruolo è nel 1995 in City Hall di Harold Becker, accanto ad Al Pacino, poi morirà a 77 anni per un ictus, all'UCLA Medical Center di Los Angeles (a pochi giorni di distanza dalla morte di Shelley Winters). Si spegne così un altro attore dall'interpretazione potentissima che ha saputo marchiare a fuoco i suoi personaggi contorti ed esagitati, diventando una stella hollywoodiana. Uno degli ultimi baluardi del metodo d'avanguardia che rivoluzionò il mestiere dell'attore, portando introspezione e realismo nei ruoli. Di lui non ci rimangono che le parole di una canzone di Tom Waits "Goin'Out West" dove lui è menzionato: "Well I'm goin'out west, where the wind blows tail, 'cause Tony Franciosa used to date my ma...".
