Aunque Vasari lo hace en sus Vite hijo de Pesello, realmente era su nieto e hijo del también pintor Stefano di Francesco (muerto en 1427). Tras un probable aprendizaje en el taller que el abuelo regentaba en el Corso degli Adimari florentino, Pesellino aparece como ayudante de Fra Filippo Lippi. Cabría identificarle con el Franciesco di Stefano pittore que se inscribió en la Compagnia di San Luca en 1447. En agosto de 1453 se asocia con Piero di Lorenzo di Pratese (muerto en 1487) y Zanobi di Migliore. Fruto de esta colaboración son mumerosas obras religiosas, en su mayoría con el tema de la Virgen con el Niño, muchas de ellas réplicas de composiciones originales de Pesellino. Otra de sus especialidades fue la pintura de paneles decorativos para cassone.
Su estilo estuvo siempre muy cercano al de Lippi, llegando incluso a superarle, pues su ejecución fue siempre sumamente delicada y hermosa, con un gran gusto por el color. Su temprana muerte le impidió alcanzar cotas superiores en su arte.