Fran Kranz grandit àLos Angeles. Il commence à jouer dans des pièces de théâtre dès l'école primaire et souhaite définitivement devenir acteur quand il voit une vidéo d'Alec Guinness jouer dansOliver Twist. N'ayant vu jusque-là cet acteur que dansStar Wars, son film préféré, il prend conscience des métamorphoses dont est capable un grand acteur[1]. Il fait ses études secondaires au lycée Harvard-Westlake deNorth Hollywood avant d'aller passer quatre ans à l'université Yale, d'où il sort en 2004 avec un diplôme delettres[2]. Il profite des vacances scolaires pour commencer à jouer des petits rôles dans des films commeDonnie Darko,Training Day (2001) etLes Associés (2003)[3].
Il joue un rôle plus important dansLe Village (2004) mais ce n'est qu'en 2009 avec son rôle récurrent, celui du programmeur excentrique et prétentieux des « poupées », dans la série téléviséeDollhouse qu'il accède à la notoriété. Après avoir tenu ce rôle durant les deux saisons de cette série créée parJoss Whedon, il collabore à nouveau avec lui dans les filmsLa Cabane dans les bois, où il incarne l'un des personnages principaux, puisBeaucoup de bruit pour rien, adaptation modernisée d'une pièce deWilliam Shakespeare. En 2013, il joue le rôle de Bernard dans la pièce de théâtreMort d'un commis voyageur àBroadway.