Frank tok doktorgrad i teoretisk fysikk under veiledning av Ludwig Boltzmann ved Universitetet i Wien. På Albert Einsteins anbefalning ble Frank i 1912 Einsteins etterfølger som professor i teoretisk fysikk ved Universitetet i Praha. På grunn av Nazi-Tysklands av Østerrike og okkupasjon av Tsjekkoslovakia emigrerte han i 1938 til USA. Der foreleste han i matematikk og fysikk ved Harvard University.