Nació en Aytona (Lérida) el 29 de diciembre de 1811, de familia rural, de honda tradición cristiana. Fue el séptimo de nueve hermanos.

En 1828 ingresó en el seminario de Lérida, donde estudió filosofía y teología durante cuatro años.

El 14 de noviembre de 1832 vistió el hábito de carmelita teresiano en Barcelona, donde profesó el 15 de noviembre de 1833.

El 25 de julio de 1835 fue invadido e incendiado su convento. Arrojado violentamente de él se dirige a su pueblo natal. Es ordenado sacerdote el 2 de abril de 1836 por el obispo de Barbastro. Comienza a ejercer las funciones de su recién estrenado sacerdocio. Su radio de acción se extiende a toda Cataluña. Los años 1838-40 son de intensa actividad como predicador de misiones populares. La eficacia de su acción pastoral y la reciedumbre de su celo apostólico hace que se le conceda el título de Misionero-apostólico.

Se dirige a Francia el 21 de julio de 1840 comenzando una larga etapa de exiliado que durará once años. Tres facetas dominan su vida durante estos años: vida contemplativa en la soledad, dirección espiritual de los grupos de solitarios (hombres y mujeres) que se le unen y la defensa de la Iglesia a través de sus escritos.

Tras la firma del Concordato España-Santa Sede en 1851 regresa a España. La vida claustral, a la que sueña reincorporarse, está totalmente suprimida. Se pone a disposición del Obispo de Barcelona, quien le acoge y le nombra director espiritual del Seminario.

En poco tiempo programa y organiza la obra de la Escuela de la Virtud, que se inaugura el 16 de noviembre de 1851. Esta Escuela se convierte en un modelo de enseñanza catequética. El impacto de la obra en los medios culturales, religiosos, políticos y sociales se hace sentir muy pronto. Francisco Palau ha movilizado en torno a esta actividad pastoral a todas las fuerzas religiosas de la ciudad, incluida la prensa. La intensa actividad de la Escuela llega a preocupar a las fuerzas revolucionarias de la ciudad. Le implicaron injustamente en las huelgas y disturbios de marzo de 1854, consiguiendo suprimir la Escuela desterrando a Francisco a Ibiza el 4 de abril de este mismo año. Aquí permaneció hasta que, en 1860, logró la libertad gracias a una amnistía general.

Funda en 1860 dos congregaciones religiosas: Hermanas Carmelitas Misioneras y Hermanas Carmelitas Misiones Teresianas, que encarnan su espíritu.

Predica misiones populares en las islas y en la Península. A primeros de marzo de 1872, se desplaza hasta Calasanz, (Huesca) para seguir empeñado con su opción de atender a los mas postergados y desposeídos de la sociedad de su tiempo: los contagiados por la peste. Lo hace junto a quienes han hecho camino de vida con él. Muere en Tarragona el 20 de marzo de 1872 a sus 61 años de edad.