Франческо Чилеа родился 26 июля 1866 года в Калабрии на юге Италии в семье адвоката. Отец хотел, чтобы Фраческо стал юристом. Для этого он отправляет сына учиться в частную школу в Неаполь. В школьные годы Чилеа увлечённо занимался музыкой и после окончания школы в 1878 году, несмотря на протесты отца, поступает в консерваторию.
В 1889 году он написал свою первую оперу «Джина», которая получила одобрение критиков. В этом же году Чилеа заканчивает консерваторию. В апреле 1892 года в театре Пальяно во Флоренции состоялась премьера новой оперы Чилеа – «Тильда». Опера имела большой успех. Она была также поставлена в ряде городов Италии и в Вене.
В 1902 году Чилеа создал свою лучшую оперу, прославившую его на весь мир и ставшую оперной классикой – «Адриану Лекуврер» по пьесе Э.Скриба, в основу которой легла история выдающейся французской актрисы 18 века. Премьера оперы состоялась в Милане в театре «Лирико».
В течении года «Адриану Лекуврер» поставили во многих городах Европы и в Буэнос-Айресе. Успеху оперы способствовало возросшее мастерство композитора, а также очень удачное либретто, написанное А.Колаутти. Партию Адрианы исполняли самые выдающиеся оперные певицы 20 века, такие как Магда Оливеро, Рената Тебальди, Мирелла Френи и другие.
Последней оперой, которую Чилеа удалось поставить на сцене, была опера «Глория». Её премьера состоялась в 1907 году в «Ла Скала».
В 1909 году, написав оперу «Лесная свадьба», которая так и не была поставлена, Чилеа начинает преподавать. В 1913 году он стал руководителем консерватории в Палермо, в 1916-1935 годах был директором консерватории в Неаполе.
20 ноября 1950 года в городе Варацце (Италия) Франческо Чилеа скончался.