Во время посещения римской киностудии Cinecitta он встретился с режиссером Карло Лиццани, Антонио Пьетранджели и Джоном Хьюстоном, которые воодушевили в нем актерские амбиции и позже предложили ему первые роли в кино. Однако дебютировал он в 1963 году в фильме Альфредо Джанетти La ragazza in prestito. Настоящим прорывом в 1966 году была его роль «холодного как лед и одинокого мстителя» Джанго в одноименном фильме Серджио Корбуччи. Этот образ сделал его известным в международных масштабах; он получал все больше и больше предложений на участие в фильмах. Чтобы уйти из жанра спагетти-вестерна и стать признанным актером, позже он также снимался в фантастических фильмах, драмах и комедиях.
Отыграв роль Ланселота в киноверсии Бродвейского мюзикла Камелот, Неро получил не только руку и сердце своей спутницы жизни Ванессы Редгрейв, но и был номинирован на получение награды «Золотой глобус» как лучший молодой исполнитель. В 1997 году Франко Неро сыграл Марио Домино в фильме Д.Грина «Крестная мать». Фильм был снят по роману Линды Ла Планте «Прекрасная половина мафии». Кроме Неро в этом фильме также снимались Ванесса Редгрейв и Настасья Кински.
Франко Неро принадлежит к числу немногих актеров из западных стран, имевших право участвовать в разных престижных кинопроектах бывших коммунистических стран. Неро сыграл в фильмах Сергея Бондарчука Мехико в огне и 10 дней, потрясших мир, а также в сербском национально-эпическом фильме Черный ястреб (герой Страхинья). Кроме того, известной стала его роль террориста на Олимпийских играх 1972 года в Мюнхене в фильме «21 час в Мюнхене», а также роль мужа-садиста в драме «Если ты сдохнешь, я буду жить»' (Autostop rosso sangue), оказывающей влияние на развитие кинопроизводства в США до сегодняшних дней.
Своим любимым режиссером он многократно называл Энцо Дж. Кастеллари, с которым он снял фильмы Il Cittadino si ribella, «Возвращение Кобры» (Il giorno del cobra), «Джунгли Джанго», «Keoma» и «La polizia incrimina, la legge assolve!» — картину, получившую множество похвал. Неро стал легендарным благодаря инсценировке расстрела Муссолини в фильме Муссолини — последние дни режиссера Карло Лиццани, с которым он снял и другие фильмы.
С 1967 по 1972 Неро работал с британской актрисой Ванессой Редгрейв, в декабре 2006 года они поженились. У них есть общий сын, Карло Габриэль Неро.
В сентябре 2009, во время ретроспективы его фильмов на Парижском «Странном Фестивале», его проинтервьюировал интернет сайт 1Kult.com. В этом интервью, он в том числе упоминает съёмки нового фильма режиссера Енцо Кастеллари Enzo_G._Castellari, с которым он уже снял два вестерна: «Кеома» и «Джонатан - друг медведей». Новый вестерн будет называться: «The Outlaw Blue Jack Hole».