Filho de dois imigrantes italianos.Foi casado com Nancy Barbato e posteriormente com as atrizes Ava Gardner e Mia Farrow, e com a socialite Barbara Marx, com quem terminou seus dias. Possui duas estrelas na Calçada da Fama, uma por seu trabalho na música e outra por seu trabalho na TV americana. É considerado um dos maiores intérpretes da música no século XX. Teve três filhos: Nancy Sinatra, Frank Sinatra Jr., e Tina Sinatra.
Sem nenhum treinamento formal, Sinatra desenvolveu estilo altamente sofisticado. Sua habilidade em criar uma longa e fluente linha musical sem pausas para respiração, sua manipulação de frases o fez chegar bem mais longe que o usual dos cantores populares.
Sinatra apareceu em mais de cinquenta filmes, entre eles: "Anchors Aweigh" (1945), "On The Town" (1949), "From Here To Eternity" (1953), com o qual ganhou o Oscar, "The Man With The Golden Arm" e "High Society" (ambos de 1956), "The Manchurian Candidate" (1962) e "The First Deadly Sin" (1980). Fez parte do chamado Rat Pack, grupo de artistas muito ativo entre meados da década de 1950 e 1960.
Teve seu próprio show de TV durante vários anos e nos anos 90 continuou na ativa em concertos e gravações, onde lançou uma série de duetos, inclusive via satélite, utilizando recursos da mais moderna tecnologia.
Seus principais sucessos são "Fly me to the moon", "My Way" e "New York, New York". Sinatra também cantou com o brasileiro Tom Jobim. Na oportunidade, "Girl of Ipanema" brindou o grande encontro.

Pais: Natalia Garaventa, Antonino Martino Sinatra
Filhos: Frank Sinatra Jr., Nancy Sinatra, Tina Sinatra
Cônjuges: Barbara Sinatra (de 1976 a 1998), Mia Farrow (de 1966 a 1968), Ava Gardner (de 1951 a 1957), Nancy Barbato (de 1939 a 1951)