Francisco Sobrino nasce a Guadalajara, in Spagna, nel 1932.
Studia alla Escuela de Arte y Oficios di Madrid dal 1946 al 1948, e alla Scuola Nazionale di Belle Arti di Buenos Aires fino al 1957. Fin da subito utilizza le forme geometriche per escludere la soggettività in favore di un linguaggio chiaro e per avvicinare l'opera allo spettatore.
Nel 1959 si stabilisce a Parigi, interessandosi alle ricerche visuali e approfondendo gli studi sulla struttura e la dinamica delle forme, sulla percezione e sui colori. Le opere di questo periodo sono principalmente in bianco e nero, caratterizzate da sistematiche progressioni di forme che generano effetti ottici.
Nel 1960 assieme a Horacio Garcia Rossi, Julio Le Parc, François Morellet, Joel Stein e Yvaral fonda il GRAV (Groupe de Recherche d'Art Visuel) e parteciperà a tutte le manifestazioni di gruppo fino al 1968, anno del suo scioglimento: 1962 “Arte Programmata” nel Negozio Olivetti a Venezia, Milano, Roma; 1963 “III Biennale de Paris”; 1964 “Documenta” a Kassel; 1965 ''The Responsive Eye'' al MOMA (Museum of Modern Art) di New York + IV Biennale de Paris; 1966 “Kunst Licht Kunst” al Museo di Eindhoven nei Paesi Bassi.
Dal 1961 Sobrino utilizza elementi modulari in plexiglas trasparente, sia monocromo che policromo, per creare costruzioni tridimensionali le cui strutture regolari, per effetto della sovrapposizione delle parti, sembrano cambiare a seconda del punto di vista dell'osservatore.
Nella seconda metà degli anni '60 Sobrino realizza oggetti cinetici manipolabili dallo spettatore e continua le ricerche sulle strutture tridimensionali.
Dal 1964 utilizza l'acciaio specchiante in cui l'effetto specchiante aggiunge una connessione tra l'opera e l'ambiente: forme, movimenti e luci sono incorporate e riflesse, l'opera si integra con ciò che la circonda e crea delle immagini virtuali che cambiano sempre a seconda della posizione dello spettatore. Questo principio è la base per molte delle sue opere scultoree.
Il prossimo obiettivo sarà quello di aggiungere il movimento e la luce elettrica.
Nel 1965 realizza per la città di Sarcelles in Francia una struttura in acciaio inossidabile di notevoli dimensioni, il primo dei suoi numerosi interventi urbani, e si sofferma a indagare la luce e le annesse questioni della riflessione, dell'assorbimento, della trasparenza e dei giochi ottici provocati dalle ombre.
Dal 1971 riceve commissioni dalle città di Machecoul, Grenoble, Santa Cruz, Valencia, Madrid e Parigi per la realizzazione di sculture da installare in luoghi pubblici.
Continua a indagare l'uso del movimento nelle sue opere e nel 1976 l'artista studia il modo di incorporare l'energia solare nel suo lavoro, arrivando nel 1981 a realizzare una ''Scultura autoenergetica'' con fotocellule incorporate generanti un movimento rotatorio.
Negli anni '80 realizza sculture e rilievi di grandi dimensioni in cui l'uso della luce resta costante, non solo con trasparenze e riflessioni, ma anche con fasci di luce che disegnano nello spazio strutture luminose mobili visibili anche da lontano
Tiene dei corsi all'Università di Caracas nel 1992 e al Circolo di belle arti di Madrid nel 1993.
Nella seconda metà degli anni '90 continuano le ricerche sulla riflessione, rifrazione e scomposizione della luce, realizza opere in vetro, carta e acrilico su tela.
Nel 1998 tiene una retrospettiva a Guadalajara e nel dicembre 2008 firma con il Comune un accordo per creare un museo che porta il suo nome nel vecchio mattatoio della città.
Si spegne l'11maggio 2014 in Bretagna, dove risiedeva dal 2009.
Sue opere si trovano in importanti collezioni pubbliche e private di tutto il mondo, tra cui: Fondazione Peggy Guggenheim, Venezia – Italia; Collezione di Stato + Musée National d’Art moderne George Pompidou, Paris + Musée d’Art et d’Histoire, Cholet – Francia; Museo d’Arte Contemporanea di Villafanes + Museo d’Arte Contemporanea di Madrid + Museo d’Arte Contemporanea di Bilbao + Museo d’Arte Moderna di Alicante + Museo della scultura en plein air, Madrid – Spagna; Tate Gallery, Londra – Inghilterra; Fondation Peter Stuyvesant, Amsterdam – Olanda; Museo di Tel Aviv – Israele; Musée National des Beaux-Arts, Buenos Aires – Argentina; Museo d’Arte Moderna, Ciudad Bolivar – Venezuela; Museo d’Arte Moderna Tamayo, Ciudad de México, - Messico; Albright Knox Museum, Buffalo + Hirschhorn collection, Washington + Museum of Fine Arts, Boston – USA.