Ainda estudante, apresentou-se no Programa Casé, da Rádio Mayrink Veiga. Em 1946, foi contratado como cantor profissional pela Rádio Tamoio e depois transferiu-se para a Rádio Globo. Seu primeiro disco, gravado em 1950 pela RCA Victor, trazia a marcha carnavalesca Meu Brotinho, de grande sucesso, e o samba Me Deixa em Paz, ambos compostos por Humberto Teixeira e Luís Gonzaga.

Com porte de galã, atuou em algumas chanchadas da época, como "Aviso aos Navegantes", de Watson Macedo, "Colégio de Brotos", "Garotas e Samba" (Carlos Manga) e "Carnaval na Atlântida" (José Carlos Burle). Em 1953, contratado da Rádio Nacional, foi escolhido pelos ouvintes o melhor cantor do ano, superando Francisco Alves. Em 1958, foi eleito o Rei do Rádio e receberia ainda outro título que o marcaria definitivamente: El Broto, referência a seu grande sucesso "Alô Brotinho".

Ele era conhecido também como o Cantor Namorado do Brasil. Em fins dos anos 50, rivalizaria com o cantor Cauby Peixoto a preferência das "macacas de auditório". Foi o primeiro ídolo jovem da linhagem dos "Carlos" que se seguiriam. Em 1962 ainda chegou a excursionar pela Europa com a V Caravana da UBC, mas pouco depois abandonou a carreira, trocando-a por sua profissão de origem: a de pintor.

No início da década de 80, Francisco Carlos tentou retornar à vida artística, a exemplo do que ocorreu com Cauby Peixoto, que ressurgiu no cenário musical com o sucesso Bastidores, de Chico Buarque de Holanda. Mas não alcançou êxito e, desde então, estava aposentado. Francisco Carlos faleceu aos 75 anos, em 19 de agosto de 2003.