Franz Xaver Winterhalter wurde am 20. April 1805 in Menzenschwand-Hinterdorf geboren. Er war das 7. Kind von Eva und Fidelis Winterhalter. Eva entstammte einem alten Menzenschwander Bauerngeschlecht und war auch mit dem Maler Hans Thoma (1839 - 1924) verwandt. Am 23. September 1808 wurde sein Bruder Hermann Winterhalter geboren, der sein lebenslanger Mitarbeiter wurde aber auch als selbstständiger Porträtist großen Erfolg hatte
Franz Xaver war ein begabter Schüler und arbeitete mit an der illustrierten Bibel, der sogenannten Herderschen Steinbibel. Zwischenzeitlich war auch Hermann, sein jüngerer Bruder, bei Herder in der Lehre. Dieser muss aber sehr unter Heimweh gelitten haben. So riss er eines Nachts von dort aus und lief zu Fuß nach Menzenschwand. Sein strenger Vater empfing ihn aber nicht sehr freundlich und brachte ihn spontan wieder nach Freiburg zurück. Franz Xaver verließ den Verlag nach Ablauf des Vertrages. Er begann eine Ausbildung in München, wo er an der Akademie bei Robert von Langer studierte und im Atelier von Josef Stieler als Lithograph tätig war.
Als Peter von Cornelius, ein Vertreter der Nazarener, Leiter der Akademie wurde, begab sich Winterhalter auf eine ausgedehnte Studienreise durch Deutschland. In den nächsten Jahren entstanden viele Zeichnungen und Porträts von Gönnern, Freunden und Familienangehörigen.
1828 siedelte Winterhalter wieder nach Karlsruhe über. Baron David von Eichthal (Inhaber der Gewehr- und Maschinenfabrik im heutigen Kloster und Bürgermeister von St. Blasien) stellte die Verbindung zum großherzoglichen Hofe her. Winterhalter wurde dort freundlich aufgenommen und gab der Markgräfin Sophie, der späteren Großherzogin von Baden, Zeichenunterricht. Sie wurde für ihn eine Freundin und Gönnerin in den höchsten Kreisen der Heimat. Diese Freundschaft trug wohl auch das ihre dazu bei, daß Winterhalter eine Studienreise nach Italien bewilligt wurde, die er im Herbst 1832 antrat.
In Rom suchte er mehr den Kontakt zu französischen Künstlern, sodass er von seinen Landsleuten den Spitznamen‚ 'der Französische' bekam. Unter dem Einfuss der zauberhaften Landschaften um Rom und Neapel entstanden hauptsächlich Genrebilder, die in Winterhalters Heimat großen Erfolg hatten. Nach seiner Rückkehr nach Baden wurde er 1834 zum Großherzoglichen Hofmaler ernannt. Noch im gleichen Jahr siedelte er nach Paris um.
Es war auch ein Genrebild, Decamerone, mit welchem dem Künstler 1837 im Pariser ‚Salon‘ der Durchbruch bei Kritikern und Publikum gelang. Von nun an stieg er schnell zum beliebtesten Porträtisten der Persönlichkeiten am Hof von Louis-Philippe auf. Der Bürgerkönig beauftragte Winterhalter mit über 30 Porträts für sein historisches Museum in Versailles.
1840 ließ Franz Xaver seinen Bruder Hermann nachkommen, der ihm bei der Flut der Aufträge als Helfer beim Malen von Kostümen und Requisiten und als Kopist zur Hand ging.
1841 wurde er erstmalig an den Hof von Königin Victoria nach England berufen. Sie hat ihn noch fünfzehn mal gerufen und Winterhalter hat fast regelmäßig jeden Sommer einige Monate im Kreise der königlichen Familie verbracht. Er war dort so sehr geschätzt, dass ihn die mächtige Herrscherin liebevoll ‚Winterchen‘ nannte. Auch ihr und dem Prinzgemahl Albert gab er Malunterricht. Sie sammelte für ihre persönliche Kollektion über 100 seiner Bilder
Während der Revolutionsjahre 1848/49 hielt er sich vor allem in Brüssel und England auf. Nach den Turbulenzen behielt der Künstler auch im 2. Kaiserreich am Hofe Napoleon III. seine bevorzugte Stellung.
Bis zum Ende des Seconde Empire malte er nicht nur die bildschöne Kaiserin Eugénie und ihren Hofstaat, son- dern musste auch der großen Nachfrage von polnischen, russischen, spanischen und deutschen Adligen gerecht werden. Wohl die bekanntesten Auftraggeber in dieser Epoche waren Kaiser Franz-Joseph I und Kaiserin Elisabeth, deren Porträts in den Jahren 1864/65 entstanden.
All dies war verbunden mit vielen Reisen, die ihn unter anderem auch nach Madrid und Warschau führten. Ein Zeitgenosse beschrieb 1857 den geographischen Wirkungskreis des Künstlers: ‚Winterhalter, der Hofmaler Europas vom Manzanares bis zum Niemen, gewissermassen bis zur Newa, so weit die Krinoline reicht‘.
Sein rastloses Arbeiten – nach seinen eigenen Aufzeichnungen hat er über 500 Porträts geschaffen – ging nicht ungestraft an seiner Gesundheit vorüber und so wurden bald längere Erholungsaufenthalte in Baden-Baden und im Schwarzwald nötig.
1871 kehrte er endgültig in seine badische Heimat nach Karlsruhe zurück, baute sich eine stattliches Haus in Baden-Baden, verkaufte es jedoch nach kurzer Zeit – zu viele Besucher ermüdeten ihn. Er hatte nun eine eher bürgerliche Kundschaft, malte weiterhin ununterbrochen und starb nach einem Typhusanfall am 8. Juli 1873 in Frankfurt während einer Auftragsreise.
Franz Xaver Winterhalter legte seinen gesamten künstlerischen Nachlass in die Hände seines Bruders Hermann Winterhalter, mit dem er lebenslang in enger, brüderlicher und künstlerischer Verbundenheit lebte. Dieser hielt noch weitere 18 Jahre seine schützende Hand darüber. In dieser Zeit malte Hermann weiter, widmete sich jedoch thematisch eher seinem persönlichen Geschmack. Er starb, 83jährig, am 24. Februar 1891 in Karlsruhe.
Ein Kenner wie Joseph August Beringer schrieb über Winterhalter: „Der Meister von Menzenschwand war Ende der 1850er und während der 1860er Jahre ein Künstler, der mit dem Zauber seines taktvollen ungezwungenen Benehmens, mit feiner gesellschaftlicher und geistiger Bildung und einem phänomenalen Gedächtnis für Physiognomien eine rasche Arbeitsweise verband: der geborene Darsteller der Frauenschönheit und der dokumentarische Künstler für die höhere Gesellschaft seiner Zeit. Trotz seiner kosmopolitischen Beschäftigung und seines dreißigjährigen Aufenthaltes in Paris blieb er ein treuer Sohn seiner Heimat.“
Friedrich Pecht (* 1814, † 1903), Maler und Kunstschriftsteller, schrieb in seinem Nekrolog: „Dieser Maler aus dem Schwarzwald war von allen modernen Künstlern Deutschlands der einzige, der sich einen europäischen Ruf errang“. Pecht schrieb auch: „Und wie war der Mann, den man so oft einen Franzosen gescholten, so durch und durch deutsch geblieben.“