François IV de Modène était le fils de l'archiduc Ferdinand d'Autriche-Este, duc titulaire de Modène et gouverneur de Lombardie et de Marie-Béatrice d'Este, fille et héritière du duc Hercule III de Modène et de Marie-Thérèse Cybo-Malaspina, duchesse de Massa et de Carrare.
Il est prénommé François en l'honneur de son grand-père, le duc de Lorraine et de Bar élu empereur en 1745.
En 1789 sa sœur aînée prénommée Marie-Thérèse comme leur grand-mère la grande impératrice, avait épousé le duc d'Aoste, fils cadet du roi de Pémont-Sardaigne. Sa sœur Marie-Léopoldine est mariée en 1795 au duc-électeur de Baviere; Mariage brillant pour une archiduchesse issue d'un branche cadette mais catastrophique d'un point de vue humain. Le marié a 52 ans de plus que son époux. Marie-Léopoldine refusera toute reation avec son époux, le tyrannisera aux yeux de toute la cour. Veuve en 1799, elle contractera une union morganatique en 1804.
En 1796,sa famille fut chassée par les troupes révolutionnaires françaises et se réfugia à Vienne.
Son père mourut en 1806 et en 1808 sa sœur cadette Marie-Louise épousa l'empereur François Ier d'Autriche. Elle sera l'âme de la résistance à la France impérialiste.
François d'Autriche-Este fut nommé gouverneur de la Galicie en 1809.
Épris de l'archiduchesse Marie-Louise, fille aînée de l'empereur, il dut renoncer à la jeune fille quand celle-ci dut, malgré elle, épouser l'empereur des Français Napoléon Ier.
En 1812, il épouse avec dispense sa nièce Marie Béatrice de Sardaigne.
Le jeune femme n'acceptera de consommer son mariage que plusieurs années saprès la célébration des noces. Le couple aura quatre enfants :
Marie Thérèse (1817-1886) épousa en 1846 Henri d'Artois, comte de Chambord (1820-1883), prétendant légitimiste au trône de France ;
François V (1819-1875) épousa en 1842 Aldegonde de Bavière (1823-1914) et fut le dernier duc de Modène ;
Ferdinand Charles (1821-1849), épousa en 1847 Élisabeth Françoise Marie d'Autriche (1831-1903) ; ils