François Dolbeau est né en 1947 à Angers d'un père géomètre-expert et d'une mère au foyer, dernier d'une fratrie de 6. Marié en 1970 et père de deux enfants.
François Dolbeau a été élève de l’École normale supérieure (Ulm) de 1966 à 1971 et de Balliol College, Oxford de 1967 à 1968. Il a été agrégé de grammaire en 1970. Il a été membre de L’École Française de Rome de 1974 à 1977. Il devient docteur de troisième cycle en 1984 et obtient une habilitation à diriger des recherches en 1997.
François Dolbeau a été directeur d'études à l'EPHE de 1985 à 2008. De 2000 à 2005, il a été co-secrétaire de section d'abord avec Bertrand Jestaz, puis avec Jean-Claude Waquet.
Par ailleurs, il a été assistant de latin à l'Université de Paris-Sorbonne de 1972 à 1974, ingénieur de recherche à l'Institut de Recherche et d'Histoire des Textes, CNRS de 1977 à 1985, co-responsable, puis responsable, au titre de l'Union Académique Internationale du Dictionnaire de latin médiéval : Novum Glossarium mediae latinitatis, et de la Revue Archivum latinitatis medii aevi de 1995 à 2011 et membre de l'Institut, Académie des Inscriptions et Belles-Lettres en 2014.
- Hagiographie latine, de l'Antiquité à la fin du Moyen Âge
- Prédication latine, de l'Antiquité et du Haut Moyen Âge, spécialement sermons d'Augustin ou imputés à Augustin
- Lexicographie latine (800-1200)
- Littérature médiolatine, notamment oeuvres de Rathier de Vérone et de Guibert de Nogent
- Histoire des bibliothèques médiévales
- Augustin d'Hippone, Vingt-six sermons au peuple d'Afrique, retrouvés à Mayence, édités et commentés, Paris : Institut d’Études Augustiniennes, 1996, 756p. ; 2e éd. revue et corrigée, 2009
- Augustin et la prédication en Afrique. Recherche sur divers sermons authentiques, apocryphes ou anonyme, Paris : Institut d’Études Augustiniennes, 2005, VII-686p.
- Sanctorum societas. Récits latins de sainteté (IIIe-XIIe siècles), Bruxelles : Société des Bollandistes, 2005 (Subsidia hagiographica, 85), 2 vol., xii-1001p.
- Bibliographie jusqu'en 2014 sur le site de l'Académie des Inscriptions et Belles-Lettres