Humoriste célèbre à la télévision belge puis à Canal+, François Damiens débute au cinéma en 2000. Il se fait remarquer par des seconds rôles comiques, directeur de la Société belgo-égyptienne d’élevage de poulet dans OSS 117 : Le Caire, nid d’espions (2006) de Michel Hazanavicius, ou joueur de curling dans Seul Two (2008) d’Éric et Ramzy.
Pourtant, il ne dédaigne pas les films d’auteur, comme Le Premier venu (2007) de Jacques Doillon, ou La Famille Wolberg (2009) d’Axelle Ropert, où il a le premier rôle.
Nommé au César du meilleur acteur dans un second rôle pour L’Arnacœur (2010) de Pascal Chaumeil et Suzanne (2013) de Katell Quillévéré, où il incarne le père de Sara Forestier et Adèle Haenel, François Damiens devient un visage familier du cinéma français.
Il se partage désormais entre un cinéma commercial comme La Famille Bélier (2014) d’Éric Lartigau et des films d’auteur, tel Les Cowboys (2015) de Thomas Bidegain, deux métrages qui le voient nommé au César du meilleur acteur.
Parmi ses autres films, on peut citer Tip Top (2013) de Serge Bozon, Gare du Nord (2013) de Claire Simon, Le Tout Nouveau Testament (2015) de Jaco Van Dormael, La Danseuse (2016) de Stéphanie Di Giusto, Ôtez-moi d’un doute (2017) de Carine Tardieu, et Le Monde est à toi (2018) de Romain Gavras.
Au début des années 2020, François Damiens ne diminue pas le rythme. Pendant la crise de la Covid 19, on le voit dans Le prince oublié, Mon cousin, Le bonheur des uns…, Cette musique ne joue pour personne, qui est présenté à Cannes en 2021, Adieu Paris d’Edouard Baer… On le voit aussi sur le direct-to-Netflix de Dany Boon, 8 rue de l’humanité (octobre 2021).