Ancien élève de l’ENA et inspecteur des Finances, François Villeroy de Galhau entre à la direction du Trésor en 1988, puis devient, de 1990 à 1993, conseiller européen du ministre des Finances, puis du premier ministre Pierre Beregovoy. Il occupe ensuite diverses responsabilités à la Direction du Trésor, puis à Bruxelles comme conseiller financier à la représentation permanente de la France.
En 1997, François Villeroy de Galhau est nommé directeur de cabinet du ministre de l’Économie, des Finances et de l’Industrie. Il est ensuite nommé directeur général des Impôts, trois ans plus tard, avant de devenir PDG de Cetelem. A partir de 2008, il est responsable de la banque de détail de BNP Paribas en France, puis directeur général délégué du groupe BNP Paribas, en charge des marchés domestiques et de la RSE de décembre 2011 à mai 2015, date à laquelle le gouvernement lui confie une mission sur le financement de l'investissement des entreprises.
En septembre 2015, sur proposition du président de la République François Hollande, François Villeroy de Galhau est nommé au poste de gouverneur de la Banque de France, pour un mandat de 6 ans, renouvelé en 2021.
Il annonce en février 2026 qu’il quitte ses fonctions le mois de juin suivant pour remplacer Jean-Marc Sauvé à la présidence de la Fondation des Apprentis d’Auteuil, pour “continuer de servir l’intérêt général”, selon ses propres mots.
Membre du Conseil des Gouverneurs de la Banque Centrale Européenne, président de l’Autorité de contrôle prudentiel et de résolution (ACPR) et Président de la Banque des Règlements Internationaux (BRI), François Villeroy de Galhau a notamment publié 18 leçons sur la politique économique aux éditions Seuil et L'espérance d'un Européen, ainsi que Retrouver confiance en l’économie aux éditions Odile Jacob.