Gyógyszerésztanoncként tanulta meg a kémiai kísérletezést. Később a Marburgi Egyetem laboratóriumaiban tanult, itt doktorált (Ph. D.) 1849-ben. A manchesteri Owens College első kémiaprofesszora lett 1851-ben, majd 1863-ban, Michael Faradayt követve, a londoni Royal Institution of Great Britain (Nagy-britanniai Királyi Intézet) kémiaprofesszora lett. 1865-ben kezdte meg húszéves tevékenységét a Királyi Bányászati Iskolában.
Az 1850 táján elinduló kutatások vezették el ahhoz a felismeréshez, hogy valamely elem egy atomja egy másik elem atomjai közül csak korlátozott számúval képes vegyülni. 1852-ben megalkotta a vegyértékfogalmat, a modern szerkezeti kémia alapfogalmát.
Franklandet 1868-ban a folyók szennyeződésével
foglalkozó második királyi bizottság tagjává
nevezték ki, hatalmas mennyiségű információt
tárt fel a folyók szennyezettségével és
a víz tisztításával kapcsolatban. 1868-ban
Joseph Norman Lockyerrel működött
együtt azokban a vizsgálatokban, amelyek nyomán Lockyer
felfedezte a héliumot a Nap atmoszférájában.
Frankland 1897-ben lovagi rangot kapott.