François Marthouret a travaillé au théâtre avec, notamment, André Engel, Antoine Vitez, Georges Lavaudant, Peter Zadek, Lluis Pasqual, Jean-Louis Martinelli, Robert Hossein. Metteur en scène de La tempête et Hamlet de Shakespeare, il a tourné au cinéma sous la direction de nombreux réalisateurs dont Michel Deville et Eric Rohmer.