Fredrik Frans var äldste son till Paul Fredrik, storhertig av Mecklenburg-Schwerin och prinsessan Alexandrine av Preussen. Som 19-åring efterträdde han sin far som storhertig och företog under de närmast följande åren ett större antal utlandsresor, bland annat till Ryssland och Italien. Under marsrevolutionen i Tyskland 1848 intog storhertigen en kompromissökande hållning och lät 1849 införa en liberal författning, vilket förskaffade honom stor popularitet trots att författningen upphävdes av Tyska förbundet redan året därpå.