Józef II zmarł bezpotomnie w 1790 i cesarzem został ojciec Franciszka, Leopold II. Franciszek objął tron cesarski po śmierci ojca w roku 1792. Został wybrany na cesarza 5 lipca 1792 roku we Frankfurcie przez następujących elektorów: on sam jako król Czech, król Prus Fryderyk Wilhelm II Hohenzollern jako margrabia brandenburski, książę saski Fryderyk August III, książę bawarski Karol IV Teodor Wittelsbach, król Wielkiej Brytanii Jerzy III jako książę hanowerski, arcybiskup Moguncji Friedrich Karl Joseph von Erthal, arcybiskup Trewiru Klemens Wacław Wettyn i arcybiskup Kolonii Maksymilian Franciszek Habsburg. Koronacja Franciszka odbyła się 14 lipca we Frankfurcie nad Menem. 6 czerwca został ukoronowany w Budzie na króla Węgier, a 9 sierpnia w Pradze na króla Czech.
Małżeństwa i potomstwo 9 stycznia 1788 w Wiedniu poślubił Elżbietę Wilhelminę (1767–1790), córkę księcia wirtemberskiego Fryderyka Eugeniusza i księżniczki Brandenburgii-Schwedt Fryderyki Doroty Zofii. Elżbieta zmarła dzień po narodzinach córki Luizy (Ludwiki) Marii (1790–1791).