Nació en Sevilla el 4 de octubre de 1528, hijo del pintor Gonzalo Sánchez Guerrero y de Leonor de Burgos. Ingresó en el coro de la catedral de Sevilla y allí recibió su primera formación musical, de mano de su hermano Pedro y del poeta y maestro de capilla Pedro Fernández de Castilleja. También recibió instrucción, en 1545-46, de Cristóbal de Morales en la catedral de Toledo. En 1546, a los 17 años, fue nombrado maestro de capilla de la catedral de Jaén, ciudad en la que permaneció hasta 1549, cuando regresó a Sevilla para ingresar como prebendado en su catedral. Él mismo lo cuenta al principio de El viaje de Jerusalén (1590):
- Desde los primeros años de mi niñez me incliné al arte de la
música; y en ella fui enseñado de un hermano mío, llamado Pedro
Guerrero, muy docto maestro. Y tal priessa me dio con su doctrina y
castigo, que con mi buena voluntad de aprender y ser mi ingenio
acomodado a la dicha arte, en pocos años tuvo de mí alguna satisfación.
Después, por ausencia suya, desseando yo siempre mejorarme, me valí de
la dotrina del grande y excelente maestro Christóval de Morales, el qual
me encaminó en la compostura de la música bastantemente para poder
pretender qualquier Magisterio. Y assí a los diez y ocho años de mi edad
fui recebido por maestro de capilla de la Iglesia cathedral de Jaén,
con una ración, adonde estuve tres años. En fin deste tiempo vine a
Sevilla a visitar mis padres, y el Cabildo de la santa Iglesia me mandó
que les sirviesse de cantor con un salario bastante. Y yo, por agradecer
esta merced y obedecer el mandato de mis padres, dexé lo que tenía en
Jaén, teniendo por mucha honra la que en esto se me hazía, aunque fuera
mayor la pérdida de lo que dexava.
Antes de cumplir los treinta había consolidado una excepcional reputación y su obra se publicaba en el extranjero. Fue nombrado maestro de capilla de la catedral de Málaga, tras la muerte de Cristóbal de Morales, quien había dejado vacante el puesto, opositó contra cinco rivales entre ellos Juan Navarro Hispalensis de Marchena, maestro de Tomás Luis de Victoria. Aunque Guerrero nunca llegó a residir en Málaga, antes de ser empleado por el coro de la catedral de Sevilla, donde fue nombrado maestro de los niños, con la promesa por parte del Cabildo de la catedral de la sucesión del maestro Castilleja cuando este falleciera. La titularidad definitiva la obtendría en 1574.
Viajó mucho por España y Portugal, al servicio del emperador Maximiliano II, y pasó luego en Italia un año (1581-1582). A la edad de 60 años, tras la muerte de sus padres, decidió visitar Tierra Santa, lo que hizo entre el verano de 1588 y la primavera de 1589. Aprovechó para ello el tiempo que debía esperar en Venecia para la edición de varias obras suyas. Poco antes de regresar a España, fue hecho cautivo por piratas franceses y tuvo que ser rescatado, como era común en la época, por el pago de una considerable cantidad. La aventura fue narrada por él en el libro El viage de Hierusalem ("El viaje de Jerusalén, que hizo Francisco Guerrero, racionero y maestro de capilla de la santa iglesia de Sevilla") publicado en Valencia, imprenta de los herederos de Juan Navarro, 1590. Esta obra tuvo un gran éxito y se reimprimió muchas veces (hasta treinta, la última en el año 2000). El libro es interesante por lo franca y llanamente que está escrito y describe entre otras cosas con gran asombro la gran ciudad de Damasco. Por deudas contraídas en la edición y publicación de sus obras, en agosto de 1591 se dicta un auto de prisión contra él, y conoce la cárcel Real de Sevilla. El cabildo sevillano, en atención a los servicios prestados por Guerrero, accede a pagar sus deudas con lo que se le permite abandonar la cárcel. Fue contratado de nuevo para el coro de la catedral de Sevilla, donde terminó sus días, como maestro de capilla, cuando la peste de 1599 acabó con su vida. Su tumba se halla en la Capilla de Nuestra Señora de la Antigua, junto a la de su compañero el organista Francisco de Peraza. Al margen de la música, fue miembro del Santo Oficio.
Guerrero pasó más tiempo en España que Victoria o Morales, residentes mucho tiempo en Italia, y también compuso una mayor proporción de obras profanas. También se distingue de ellos por una abundante obra instrumental, además del cuerpo principal, formado por obras vocales sacras. Destaca por la variedad de emociones que fue capaz de poner en su música, desde el recogimiento místico a la exaltación, desde la mayor alegría a la desesperación. Su obra, muy popular, siguió interpretándose por mucho tiempo, especialmente en las catedrales americanas, hasta fines del siglo XVII, y fue alabada por autores de tratados como Pietro Cerone. Como sus contemporáneos españoles[cita requerida], prefería las texturas homofónicas, con una voz dominante y las otras subordinadas a ella. Anticipó la armonía funcional, lo que dio lugar a que uno de sus Magnificat, cuya partitura anónima fue encontrada en Lima, fuera considerada mucho tiempo una obra del siglo XVIII.
