ফ্রাঙ্কেনহাইমারের জন্ম হয়েছিলো নিউ ইয়র্কের মালবা, কুইন্স-এ। তার মা হেলেন মেরি (জন্মনাম শিডি) এবং বাবা ওয়াল্টার মার্টিন ফ্রাঙ্কেনহাইমার ছিলেন একজন স্টকব্রোকার। ফ্রাঙ্কেনহাইমার ভেবেছিলেন অভিনেত্রী অ্যালি শিডির সাথে আত্নীয়তার সম্পর্ক আছে। ফ্রাঙ্কেনহাইমারের বাবা ছিলেন একজন জার্মান বংশদ্ভূত ইহুদি এবং মা ছিলেন একজন আইরিশ ক্যাথলিক। ফ্রাঙ্কেনহাইমার নিজেও একজন ক্যাথলিক হিসেবেই বেড়ে ওঠেন। ১৯৫১ সালে তিনি ম্যাসাচুসেটসের উইলিয়ামস কলেজ থেকে তারা স্নাতক সম্পন্ন করেন। কোরিয়ান যুদ্ধে মার্কিন বিমান বাহিনীতে লেফটেন্যান্ট পদে কর্মকরত থাকাকালীন তার চলচ্চিত্র নির্মাণের অভিষেক ঘটে। তিনি তখন বিমান বাহিনীর জন্য একটি তথ্যচিত্র তৈরি করেছিলেন। পরবর্তীতে এটিই তার চলচ্চিত্র পরিচালনায় আগ্রহ জাগায় এবং সামরিক জীবনের শেষে তিনি চলচ্চিত্র পরিচালক হিসেবে তার নতুন পেশাজীবন শুরু করেন।