1930년 미국 뉴욕출생으로 독일계 유태인 아버지와 아일랜드계 미국인 어머니 사이에서 태어난 프랑켄하이머는 어린시절 뉴욕의 퀸즈지역에서 성장하였다.
10대때 잠시 프로테니스 선수를 꿈꾸기도 하였지만 그는 자신이 좋아했던 배우 로버트 밋첨의 영향으로 배우의 꿈을 키우기 시작했다. 하지만 윌리엄즈 칼리지를 졸업한 프랑켄하이머는 한국전쟁 당시 공군 중위로 복무하며 공군 홍보영화의 연출에 참여한 것이 계기가 되어 연출가로 전향하였다.
군 제대후, 방송계로 진출하여 TV연출을 시작한 프랑켄하이머는 1957년 장편영화 [The young Stranger]로 데뷔하였고1960년대 들어 본격적인 영화 연출을 시작했으며 1970년대 발표한 [프렌치 커넥션] [블랙 선데이] 등으로 명성을 얻었다.
존 F. 케네디의 상원의원 시절부터 그와 두터운 교분을 쌓아온 것으로 알려진 프랑켄하이머는 70년대 이후, 초기에 그가 역점을 두었던 사회성 짙은 드라마에서 벗어나 다이내믹한 연출력을 보여준 오락영화로 전향하며 80년대[챌린지 The Challenge(82)][52 Pick-Up (86)] [죽음의 총성 Dead Bang (89)]와 90년대 [제 4의 전쟁 The Fourth War (90)] [지옥의 일요일 Year of the Gun (91)] [닥터모로의 DNA The Island of Dr. Moreau (96)] [로닌 (98)]등의 작품과 몇편의 TV물을 연출하며 꾸준한 작품활동을 보였으나 초기작에 비해 별다른 성과를 거두진 못했다.
2000년 벤 애플렉, 샤를리즈 테론 주연의 액션물 [레인디어 게임] 을 연출한 그는 2002년 호러무비 [Exorcist: The Beginning]의 연출작업을 하던중 도중하자 하였으며 이작품은 폴 슈레이더를 거쳐 레니 할린에게로 돌아갔고 이로부터 한달뒤인 하이머는 2002년 6월 L.A의 한 병원에서 척추수술을 받던 도중 일어난 뇌출혈로 사망했다.
