Nasceu na fazenda Brejo de Santo André, Município de Grão-Mogol, no Estado de Minas Gerais, 14 de setembro de 1862. Filho de Francisco José de Sá Filho, agropecuarista de grande influência na região norte mineira, e Augustina Machado dos Santos Sá,
Francisco Sá fez seus primeiros estudos no Seminário Episcopal de Diamantina, seguindo para o Rio de Janeiro, onde iniciou o curso de engenharia na Escola Politécnica do Rio de Janeiro, tendo concluído na Escola de Minas de Ouro Preto, em 1884.
Formado, assumiu o cargo de secretário do presidente de província do Ceará, por carta imperial de 24 de maio de 1884 assinada por Carlos Honório Benedito Otoni.
Em 1885 fora nomeado engenheiro fiscal da Estrada de Ferro Baturité, que apesar das construções estarem paradas, muito auxiliou Ernesto Lassanse no setor de tráfego.
Devido sua influência e vivência na sociedade política, conheceu Olga Acióli, filha do comendador Antônio Pinto Nogueira Acióli, com quem casou.
No governo do estado de Minas Gerais, foi inspetor de terras e colonização, na gestão de Afonso Augusto Moreira Pena. Foi nomeado ministro da de Viação e Obras Públicas na presidência de Nilo Procópio Peçanha (1909-1910
À frente do ministério destacou-se pela criação da Inspetoria de Obras Contra as Secas (1909), que passou a coordenar as ações destinadas a prevenir e atenuar os efeitos da seca, antes distribuídas dispersamente dentro do ministério, que seria responsável pela construção de açudes, poços, canais de irrigação e barragens.
Ainda em sua gestão foi criada a primeira Comissão Federal de Saneamento da Baixada Fluminense (1909), além de implementar a expansão da malha ferroviária nacional, com a Rede Sul Mineira (1910); a Rede de Viação Cearense (1909), criada para administrar as empresas Estrada de Ferro de Baturité e Estrada de Ferro de Sobral; e Viação Férrea Federal da Bahia (1909).
Já senador, foi convidado para reassumir o Ministério da Viação e Obras Públicas na presidência do mineiro Artur da Silva Bernardes, Teve suspenso seu mandato e afastou-se da política em 1930, com o golpe militar liderado por Getúlio Vargas, que depôs o presidente Washington Luís e fechou a Câmara dos Deputados e o Senado.
Morreu no Rio de Janeiro, em 23 de abril de 1936.
