Фрэнк Маршалл родился в городе Глендейле, штат Калифорния. Его отцом был композитор Джек Маршалл. Фрэнк до 15 лет жил в калифорнийском Ван Найсе. В 1961 году его семья переехала в Ньюпорт-Бич, где находилась школа Newport Harbor High School. Маршалл проявлял живой интерес к музыке, драме, также увлекался туризмом. В 1964 году поступил в UCLA на инженерный факультет. В период учёбы в UCLA он помогал создать первую футбольную команду NCAA, в которой он играл в 1966, 1967 и 1968 годах.
В 1967 году на дне рождения дочери режиссёра Джона Форда (друга его отца) он встретил режиссёра Питера Богдановича. Благодаря этому знакомству Фрэнк Маршалл смог попробовать себя в самых разных кинопрофессиях на съёмках первого фильма Богдановича. Кино, и всё что с ним связано, стало его страстью и любимым делом на всю жизнь. Ранее, после окончания в 1968 году UCLA, он планировал продолжить обучение на юриста, но, получив диплом специалиста Калифорнийского университета, стал членом съёмочной группы Богдановича (Location manager), работающей над фильмом «Последний киносеанс». Фрэнк продолжил работать с Богдановичем и в 1973 году впервые стал продюсером фильма «Бумажная луна». Фрэнк Маршалл сотрудничал с Питером Богдановичем ещё в 9 фильмах. Их 10-я совместная работа The Other Side of the Wind (где Богданович был не режиссёром, а актёром) закончена не была.
В 1981 году вместе со своей будущей женой Кэтлин Кеннеди и Стивеном Спилбергом основал компанию Amblin Entertainment, одну из самых производительных и прибыльных компаний в индустрии. Работая в Amblin Entertainment, получил пять номинаций на «Оскар» как продюсер за фильмы Загадочная история Бенджамина Баттона (2008), Фаворит (2003), Шестое чувство (1999), Цветы лиловые полей (1985) и Индиана Джонс: В поисках утраченного ковчега (1981).
Его режиссёрским дебютом стал фильм «Арахнофобия» (1990) с Джеффом Дэниелсом в главной роли. Фильм неплохо окупился в прокате. В 1991 году вместе с Кеннеди создал компанию The Kennedy/Marshall Company и начал продюсировать свои собственные фильмы. Маршалл создал первый фильм компании Живые, в сюжет которого легла реальная история о команде игроков в регби, выживших в Андах, после того, как их самолёт разбился. Далее он снял фильм «Конго» (1995), основанный на романе Майкла Крайтона. В 2006 году он срежиссировал фильм «Белый плен», приключенческий фильм о преданности и дружбе, действие которого разворачивается в экстремальной природе Антарктики.