Franco Gentilini nasce a Faenza nel 1909, e fa le prime esperienze artistiche presso una bottega di ebanista intagliatore e in quelle dei ceramisti Pietro Melandri e Mario Ortolani, leader del gruppo del Risveglio artistico giovanile.

Il suo primo maestro di pittura è Roberto Sella, direttore della Scuola di Disegno Tommaso Minardi. Entrato in contatto con Giovanni Romagnoli, frequenta il suo studio a Bologna, e nel 1928 Gentilini compie il suo primo viaggio a Parigi.

Qui la pittura degli impressionisti lo coinvolge e lo affascina. Importante è il breve soggiorno romano del 1929, dove al Caffè Aragno incontra personaggi di spicco come Ungaretti, Sinisgalli e Cardarelli. Nel 1930 la giuria della XVII Biennale di Venezia sceglie di esporre una tela dell’artista. Nel 1932 lascia Faenza per trasferirsi a Roma dove, poco dopo, inaugura la sua prima personale alla Galleria Bardi.

Nonostante l’arte di Gentilini resti fedele alla Scuola romana, il pittore non rinnega il suo forte interesse per l’arte antica, Giovani in riva al mare (1938) e Le modelle nello studio (1938) ne sono la testimonianza. Dal 1936 al 1942 partecipa regolarmente alle Biennali di Venezia e dal 1935 al 1943 alle Quadriennali romane.

Realizza numerosi disegni per diverse riviste come il Quadrivio, L’Italia Letteraria, Primato e Documento. Nello stesso tempo elabora delle illustrazioni per famose opere letterarie come quelle di Kafka, Sinisgalli, Calvino e Boccaccio e pratica le tecniche dell’acquaforte e della litografia.

Nel dopoguerra continua a presentare i suoi lavori alle Biennali di Venezia (nel 1958 e nel 1966 con due personali), alle Quadriennali di Roma e in diverse mostre all’estero (Parigi, New York, Londra). Gentilini scenografo cura alcune rappresentazioni teatrali, come La bugiarda di Diego Fabbri nel 1964. 

In una delle sue mostre parigine conosce Henri Michaux e Jean Dubuffet, i quali lo spronano a differenziare le sue tecniche artistiche. Gentilini comincia a realizzare delle pitture con fondi preparatori in sabbia che danno vita a superfici simili a quelle dell’affresco.

In questo stesso periodo l’artista si spinge con sempre maggiore intensità al di fuori del quotidiano scegliendo di rappresentare soggetti surreali e lontani dalla consuetudine. Cattedrali, giocolieri, scorci periferici e figure femminili popolano i suoi lavori che talvolta ricordano il primitivismo fantastico di Paul Klee. Intorno alla fine degli anni Cinquanta, il pittore continua con l’attività di illustratore e dal 1955 esordisce con l’insegnamento all’Accademia di Belle Arti di Roma.

Nel 1968 viene eletto Accademico di San Luca e nel 1977 socio dell’Accademia Reale delle Scienze, Lettere e Belle Arti del Belgio. Le sue numerosissime mostre sono accompagnate dagli ottimi giudizi di Sinisgalli, Valsecchi, Ungaretti, Moravia e Arcangeli. Continua la sua attività artistica fino a quando, nel 1981, una breve malattia lo conduce alla morte.