John Frankenheimer lahir di New York dan besar di Queens. Sejak kecil, ia berminat menjadi pemain tenis profesional dan menyukai film, dengan aktor favoritnya Robert Mitchum. Ia awalnya ingin menjadi aktor, namun kemudian bergabung dengan Motion Picture Squadron di Angkatan Udara, di mana ia menyadari bakat alaminya dalam mengoperasikan kamera.

Setelah kelulusan militer, Frankenheimer memulai karier di televisi pada tahun 1953 sebagai asisten sutradara di CBS, dan bekerja sebagai juru kamera. Ia mulai menyutradarai acara yang ia kerjakan dan tetap menikmati menyutradarai televisi langsung, sehingga merasa sulit beralih ke film. Pada tahun 1957, ia debut di layar lebar dengan The Young Stranger, yang ia benci karena merasa tidak paham film dan terbiasa dengan satu kamera saja.

Pengalaman film pertamanya yang kurang memuaskan membuatnya kembali ke televisi, di mana ia sukses menyutradarai 152 acara televisi langsung antara tahun 1954 dan 1960. Ia akhirnya beralih ke industri perfilman dengan bekerja sama dengan Burt Lancaster di The Young Savages (1961), yang menandai awal karier sinemanya.

Frankenheimer dikenal karena karyanya yang mengkritisi isu sosial dan filosofi, dan menjadi sutradara terkenal di Hollywood. Ia dianggap sebagai pembuat film yang menggabungkan pesan mendalam dan gaya yang khas dalam setiap karya yang dihasilkannya.