François Le Roux commence ses études de chant avec François Loup, puis entre à l’Opéra-Studio de Paris, où il a comme professeures Vera Rósza, puis Elisabeth Grümmer. Il est de 1980 à 1985 membre de la troupe de l’Opéra de Lyon, puis il commence une carrière internationale l’amenant à se produire dans les plus grandes maisons d’opéra et prestigieux festivals en Europe, ainsi qu’en Amérique.
À l’opéra, son répertoire très étendu va de Monteverdi à David Lang. Le rôle de Pelléas et celui de Golaud dans le seul et même opéra de Debussy constituent sa carte de visite. Accompagné par Graham Johnson, Roger Vignoles, Jeff Cohen, Olivier Godin et Christian Ivaldi, il chante en récital partout en Europe et en Amérique. Parmi ses nombreux enregistrements, signalons les mélodies de Fauré, de Debussy, de Ravel, de Poulenc, de Saint-Saëns et de Gounod. Son album, Mélodies de Henri Dutilleux, a remporté un Orphée d’or de l’Académie du disque lyrique en 2016. Son dernier CD consacré à André Jolivet, avec Olivier Godin au piano, vient de sortir.
Reconnu comme « Mister Mélodie » par la critique américaine, il est invité partout dans le monde à donner des classes de maître sur l’interprétation de la mélodie française. En 1997, il crée l’Académie Francis Poulenc d’interprétation de la mélodie française à Tours, dont il est le directeur artistique. Son premier livre, écrit avec le concours de Romain Raynaldy et intitulé Le Chant intime, sur l’interprétation de la mélodie, a obtenu le prix René Dumesnil 2004 de l’Académie des Beaux-Arts. Il a été honoré du grade de Chevalier dans l’Ordre des Arts et des Lettres en 1996, et désigné « Personnalité musicale de la saison 1997-1998 » par le Syndicat Français de la Critique musicale et dramatique. Il est professeur de chant au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris (CNSMDP) et à l’École normale de musique Alfred Cortot.