L'apprendistato di Francesco Longhi avvenne nella bottega del padre, il più noto Luca, da cui apprese e di cui inizialmente imitò i moduli compositivi e la sintassi, la finezza dei dettagli e l’affettività espressa dai personaggi ma ai quali, dopo la morte del padre, aggiunse un’eleganza e un’aulicità nei gesti sconosciute al genitore.
Altri referenti di Longhi furono soprattutto il forlivese Gian Francesco Modigliani ma anche esponenti del Manierismo di area toscana come Vasari e Zuccari, dai quali apprese la staticità degli impianti.
Nelle opere tarde emergono influenze del manierismo veneto, nell’uso di una gamma coloristica talora vivace, ricomposta entro schemi di naturalizzazione concettuale e figurativa in piena rispondenza ai dettami della Chiesa controriformata.
Si conoscono opere firmate da Francesco Longhi a partire dal 1568, come la Visione della Beata Chiara di Rimini nella cattedrale di Cervia e le lunette per la chiesa ravennate di San Giovanni Evangelista.
Del 1571 sono la Crocefissione con la Vergine e Santi nella Pinacoteca di Ravenna e la Cena in casa del ricco Epulone di proprietà privata.
Nel 1584 dipinse per la chiesa domenicana di San Pietro martire a Parma (abbattuta nel 1813 in seguito alle soppressioni napoleoniche) la pala raffigurante Santa Caterina vergine e martire e altre figure.
Del 1586 sono le due pale conservate rispettivamente a Ravenna in Biblioteca Classense, raffigurante la Vergine, e quella nella chiesa di San Giovanni Evangelista.
Nella Madonna della Ghiara di proprietà della Cassa di Risparmio di Ravenna si riscontra l’influsso del Parmigianino.
Nei primi anni del Seicento ricevette numerose commissioni dalle chiese ravennati di San Giovanni Battista, Santa Maria in Porto e San Francesco.
Nel 1611 dipinse la Visitazione per la chiesa dei Santi Nicolò e Francesco a Castrocaro Terme.
