François Marthouret commence sa carrière au cinéma sous la direction de Costa-Gavras, dans L’Aveu en 1970. Il va ensuite revenir à ses premiers amours, la télévision. On a pu le voir dans Navarro, Les Cordier, Juge Et Flic, La Bicyclette Bleue, Callas Et Onassis ou L’Affaire Villemin.

Mais c’est avec son rôle d’ex-mari dans Julie Lescaut que François Marthouret va être identifié par la ménagère de moins de 50 ans. En 2004, on le retrouve au cinéma dans Tout Le Plaisir Est Pour Moi puis dans La Petite Jérusalem.

En 2008, il joue sous la direction de Jean Becker dans le Deux Jours À Tuer.