François Magendie est né le 6 octobre 1783 à Bordeaux. Il est le fils d'un chirurgien républicain, admirateur de J.J. Rousseau. François et son frère Jean-Jacques reçurent dans son milieu familial une formation libérale plus que d'instruction à tel point qu'à l'âge de dix ans le petit François ne sait ni lire ni écrire.
En 1791, la famille Magendie monte à Paris où le père fait plus de politique que de médecine. François fréquente l'école élémentaire où il fait de rapides progrès. A 16 ans, trop jeune pour être admis à l'École de santé, il entre à l'Hôtel-Dieu où le chirurgien Alexis de Boyer, ami de son père, le prend comme élève et l'initie à l'anatomie et à la dissection.
Magendie est lui-même un cas intéressant de l'histoire de la médecine. Jeune, il a été victime de graves états dépressifs suivis d'une guérison provoquée par la satisfaction de ses désirs. Un héritage inattendu provoqua une guérison immédiate.
A peine institué par le Premier Consul, le corps de l'Internat des Hôpitaux de Paris s'annonçait déjà comme une pépinière de grands médecins : Magendie n'avait que 19 ans lorsqu'il fut nommé au titre de le deuxième promotion, celle du 7 floréal an XI (27 avril 1803), comme étudiant en médecine, interne à l'hôpital Saint-Louis à Paris. En 1807 il devient assistant en anatomie à l'École de médecine où il donne des cours d'anatomie et de physiologie. Docteur en médecine en 1808, il va œuvrer pour faire entrer la biologie dans le champ des sciences exactes. Magendie pense que la physiologie a pour but d'expliquer les deux phénomènes essentiels à la vie que sont la nutrition et le mouvement.
En 1818 il est nommé au Bureau Central des Hôpitaux de Paris et devient, en 1826, médecin adjoint à la Salpêtrièrie. Il obtient finalement la direction du service des femmes à l'Hôtel-Dieu où ses collègues s'appelaient Dupuytren et Récamier. Il n'avait pas attendu cette première consécration officielle pour aborder fructueusement, en anatomiste autant qu'en expérimentateur, l'étude de certaines fonctions biologiques. 
En 1821, il créa le premier journal consacré exclusivement à la physiologie (Journal de physiologie expérimentale)
Il est reçu membre de l’Académie des sciences en 1821 (Institut de France), et est nommé professeur au Collège de France en 1830 où il a comme préparateur à partir de 1841 Claude Bernard.
Dans ses Leçons sur le sang, publiées en 1838, Magendie proclame la nécessité d'utiliser toutes les ressources de la science en plein essor : "Un médecin qui n'a pas appelé à son aide la chimie, la physique, qui ne s'est pas livré à l'art difficile des expériences sur les animaux, etc. - et beucoup sont dans ce cas - ce médecin, dis-je, ne voit souvent dans une réunion de malades que des gens plus ou moins souffrants, des moribonds, des convalescents. "
Premiers travaux de toxicologie
Ses premiers grands travaux ont porté sur la toxicologie expérimentale. C'est ainsi qu'il étudia en 1809 l'effet d'un redoutable poison javanais extrait de la noix vomique: la strychnine, isolée par Pelletier et Caventon en 1818. Il montra que les convulsions provoquées par cet alcaloïde sont dues à sa fixation tétanisante sur la moelle épinière. Ces recherches furent reprises et confirmées peu après par Milne-Edwards.
Magendie inaugurait ainsi une méthode scientifique de recherche sur l'action des toxiques dans l'organisme. Jusque-là purement empiriques et mystérieux, les effets de nombreux médicaments anciens ou nouveaux allaient pouvoir être enfin étudiés de manière rigoureuse. Aussi peut-on dire de Magendie qu'il a créé la pharmacologie moderne. Lui-même devait collaborer avec Pelletier à la découverte de l'émétine, alcaloïde à action antidysentérique extrait de l'épicéa.
Physiologie nerveuse
A partir de 1813, sa contribution à la physiologie nerveuse encore balbutiante représente sans doute la partie la plus brillante de son œuvre. Après avoir envisagé le mode de formation de l'image rétinienne, le mécanisme du vomissement et la fonction de l'œsophage, il aborde magistralement celle de la moelle épinière. En 1811, le célèbre neuro-physiologiste écossais Charles Bell, disciple en anatomie de son frère John, avait montré le rôle moteur des racines rachidiennes antérieures. Si Magendie n'a fait que confirmer cette importante notion, il a du moins eu le mérite de découvrir la fonction sensitive des racines postérieures (1821). Quatre ans plus tard, il entreprenait l'étude de la formation et du rôle du liquide céphalo-rachidien, qui fut complétée plus tard par Luschka.
Autres découvertes physiologiques 
Les intuitions et les découvertes physiologiques de Magendie ne sont cependant pas limitées au système nerveux. Elle l'ont porté à poser les bases de la physiologie cellulaire, plus de 25 ans que Schwann n'établisse sa théorie. Elles lui ont fait concevoir par anticipation la notion de carences alimentaires : il a en effet observé que les substances albuminoïdes sont indispensables à la nutrition (1816), mais que certaines d'entre elles, comme la gélatine, sont néanmoins insuffisantes à assurer les fonctions vitales lorsqu'elles sont absorbées isolément (1818). Il a entrevu, sans en mesurer toute la signification, la xéroptalmie carentielle. La notion d'anaphylaxie ne lui a pas échappé, 80 ans avant la découverte de Richet et Portier, puisqu'il a signalé que le blanc d'œuf est susceptible de provoquer des troubles graves chez un animal préalablement sensibilié à cette substance. Novateur, Magendie l'a donc été avant l'heure dans de nombreux domaines : dans celui de la toxico-pharmacologie comme dans ceux de la physiologie ou de la biochimie expérimentale. En France comme à l'étranger, son époque ne s'y est pas trompée, à en juger par les honneurs dont il a été comblé de son vivant.
Critiques
L'homme et sa tendance d'esprit n'étaient cependant pas à l'abri des critiques. Obstiné, vaniteux, agressif, Magendie a commis des erreurs célèbres, dont certaines sont difficilement pardonnables. N'a-t-il pas sentencieusement refusé toute valeur aux données du microscope au moment même où la connaissance de la cellule allait transformer l'anatomie biologique, en attendant que celle des microbes ouvre une ère nouvelle dans la nosologie et la thérapeuthique? N'a-t-il pas nié formellement la contagiosité du choléra au cours de l'épidémie de 1832, à une époque où l'épidémiologie s'apprêtait à infléchir le cours séculaire des maladies infectieuses? Ne s'est-il pas opposé avec une ridicule violence aux premières tentatives d'anesthésie générale, à l'heure où celle-ci allait faire sortir la chirurgie de son état rudimentaire? N'a-t-il pas attaqué injustement la grande œuvre de Bichat, jusqu'à ce que le hasard de la destinée le rapproche de lui pour l'éternité en lui assignant, au cimetière du Père Lachaise, une tombe voisine? On ne peut que partager l'impression déroutante éprouvée par André Lemaire : "Ces jugements téméraires, ces affirmations puériles, étonnent chez un homme qui semble avoir fait de la rigueur expérimentale le règle de sa vie."
Il n'en reste pa s moins qu'après Spallanzani, après Lavoisier, François Magendie a posé une des premières pierres de la physiologie moderne. Et comme pour mieux la consolider, prévoyant qu'elle supporterait un édifice monumental, il eu le mérite de choisir comme élève, comme préparateur, puis comme successeur au Collège de France, un savant de la qualité et de la trempe de Claude Bernard.
François Magendie est mort le 7 octobre 1855 à Sannois dans le Val d'Oise. Il est enterré à Paris au cimetière du Père Lachaise.
Les travaux de Magendie sur le rôle des racines des nerfs rachidiens ont été un préalable à la physiologie du réflexe qui conduira à la fois à la notion d'inconscient cérébral et au comportementalisme.