François Bayle est né à Tamatave, sur l'île de Madagascar. Son père est fonctionnaire colonial. Le jeune garçon restera là-bas jusqu'à l'âge de 14 ans. Il se fixe en France en 1946 et s'établit à Bordeaux pour y suivre un cursus scientifique et littéraire. En 1954 il s'installe à Paris pour y suivre les cours du Conservatoire sous la direction d'Olivier Messiaen et de Pierre Schaeffer, puis se rend à Darmstadt en 1960 pour étudier la composition avec Karlheinz Stockhausen.

François Bayle rejoint le Groupe de Recherche Musicale (GRM) de Pierre Schaeffer en 1958. Il y étudie pendant plus de deux ans, puis y poursuit sa collaboration avant de s'en voir confier la responsabilité en 1966. En 1975, le GRM est intégré au sein du tout nouveau Institut National de l'Audiovisuel (INA). François Bayle prend la tête de ce département, qu'il dirige jusqu'en 1997. Sa contribution technique majeure restera sans doute la création de l'Acousmonium, orchestre de haut-parleurs associés à des instruments de pilotage performants permettant de régler finement la spatialisation des sons. Ce dispositif offrira une grande liberté d'expression et de réalisation aux artistes travaillant sur la musique électroacoustique et sera à l'origine de nombreuses œuvres publiées dans la Collection Ina-Grm, également créée par François Bayle.

En 1997, François Bayle quitte le GRM et fonde son propre studio et le label Magison, où il publiera essentiellement ses propres œuvres. Il préside la Commission Musique Symphonique de la SACEM depuis 2001.