Francesco Demuro est né à Porto Torres, en Sardaigne, en janvier 1978. Entre 2003 et 2004, il étudie au Conservatoire de Sassari, puis s'inscrit au Conservatoire de Cagliari où il reçoit des leçons de la soprano Elisabetta Scanu.

En 2007, il effectue ses débuts à Parme, avec Luisa Miller et rencontre un grand succès tant auprès de la critique que du public et reçoit par la suite des invitations des plus grandes maisons d'opéra italiennes et étrangères. Entre 2007 et 2009, il se produit dans Luisa Miller à Sassari et débute à Turin avec Rigoletto qu'il chante également à Hong Kong dans une tournée avec le Théâtre royal de Parme. Parmi les autres temps forts de ces saisons, citons Simon Boccanegra au Megaron d'Athènes, Rigoletto à Dresde, sous la direction de Fabio Luisi et au Festival Verdi de Parme, ainsi que La Bohème à Bari. Il obtient d'excellents retours du public et de la critique pour ses débuts en Espagne dans Roberto Devereux à Las Palmas et se produit dans La Traviata à l’Opéra national du Chili et dans Rigoletto en tournée avec le Théâtre royal de Parme à Pékin.

En octobre 2009, il fait ses débuts aux États-Unis en chantant La Traviata à l'Opéra de Seattle, où il est très applaudi, puis obtient un énorme succès au Suntory Hall de Tokyo avec Così Fan Tutte. Parmi les autres temps forts, citons sa production dans La Traviata à Valence avec Maestro Lorin Maazel, Lucia di Lammermoor à Hambourg et Varsovie, La Traviata et Le Chevalier à la rose à Dresde, L’Élixir d’amour à la Scala de Milan, La Bohème à Detroit, Maria Stuarda à Athènes, L’Élixir d’amouret La Bohème au Staatsoper de Vienne ainsi qu’une nouvelle production de Rigoletto aux Wiener Festwochen dirigée par Luc Bondy.

En 2011, il obtient d'excellentes critiques pour l’ouverture de la saison estivale à l'Arène de Vérone avec La Traviata. Ses débuts au Royal Opera House de Londres avec Gianni Schicchi, dirigé par Maestro Antonio Pappano, sont un énorme succès et il est à nouveau invité à chanter Alfredo dans La Traviata. La saison se poursuit avec la même productionau Staatsoper de Berlin, à Limoges et au Staatsoper de Vienne, Falstaff à Vérone, Rigoletto à Hambourg, Don Pasquale au Théâtre des Champs-Élysées et Macbeth à Munich.

Au cours des dernières saisons, il fait ses débuts au Metropolitan Opera de New York dans les rôles d'Alfredo dans La Traviata et de Rodolfo dans La Bohème ; Rigoletto, Così Fan Tutte et Falstaff à San Francisco avec Maestro Nicola Luisotti ; La Traviata au Staatsoper de Berlin, à l'Opéra de Munich, à l'Opéra de Francfort, au Royal Opera House de Londres, à l'Opéra Bastille, à L’Opéra de Venise, au Théâtre royal de Madrid, au Grand Théâtre du Liceu et à l'Arène de Vérone, ainsi qu'à Las Palmas, Bari et Cagliari ; Don Pasquale à Vérone, Falstaff à la Scala, La Bohème et Rigoletto à Seattle, Maria Stuarda à Bilbao et à Paris, Rigoletto au Festival Puccini de Torre del Lago, au Théâtre royal de Madrid et à Tokyo en tournée avec l’Orchestre de la Scala et Maestro Gustavo Dudamel, Roméo et Juliette à l'Arène de Vérone et à Séoul, La Bohème à Francfort, Rigoletto, La Traviata et Le Chevalier à la rose à l'Opéra Bastille, L’Élixir d’amour à Muscat en tournée avec l’Orchestre de l’Opéra de Venise et Lucia di Lammermoor à Ancône.

En concert, il se produit dans Le Requiem de Mozart à Vérone, Le Requiem de Verdi avec l’Orchestre symphonique de Houston et le Stabat Mater de Rossini au Palais des Arts de Budapest.

Au cours des dernières saisons, il fait ses débuts au Deutsche Oper de Berlin avec L’Élixir d’amour, au Teatro San Carlo de Naples avec La Bohème, à l'Opéra de Monte-Carlo avec Maria Stuarda, en Australie avec l’Orchestre symphonique du Queensland et à l'Opéra de Shanghai avec La Traviata. Il retourne ensuite à la Scala dans Falstaff et à l’Opéra de Venise dans Lucia di Lammermoor et fait ses débuts dans le rôle de Lord Arthur Talbot dans I puritani au Palais des Arts de Budapest et dans le rôle de Nadir dans LesPêcheurs de perles au Staatsoper de Berlin. Parmi les autres temps forts, citons I Puritani à Savolinna, en tournée avec le Théâtre royal de Madrid, et Falstaff à Astana en tournée avec l’Orchestre de la Scala, Falstaff et Simon Boccanegra à l'Opéra Bastille, La Bohème à Bologne, Falstaff et Les Pêcheurs de perles au Staatsoper de Berlin, La Traviata à Naples, Roméo et Juliette à Pékin, Gianni Schicchi au Matsumoto Festival, ainsi que La Petite messe solennelle de Rossini avec la Staatskapelle de Berlin, Falstaff et Rigoletto au Metropolitan de New York, Les Pêcheurs de perles à Pékin. En outre, il fait également ses débuts dans le rôle-titre de Faust à Modène, Plaisance et Reggio d'Émilie, dans le rôle de Foresto pour Attila au Festival Verdi de Parme et dans le rôle de Cassio pour Otello au Festival de Baden-Baden et en concert avec l’Orchestre philharmonique de Berlin.

Plus récemment, il a chanté La Bohème à l'Opéra de Cologne, I Puritani à l'Opéra Bastille et à l'Opéra de Francfort, Rigoletto, Falstaff et Médée au Staatsoper de Berlin, L’Élixir d’amour au Théâtre philharmonique de Vérone, La Traviata et Linda di Chamounix au Théâtre Communal de Florence, Werther au Théâtre Communale Luciano Pavarotti, une nouvelle production de Lucia di Lammermoor au Staatsoper de Hambourg et une nouvelle production de La Somnambule au Théâtre des Champs-Élysées. Parmi ses apparitions en concert, citons Le Requiem de Verdi avec l'Académie nationale de Sainte-Cécile, La Neuvième de Beethoven avec le Théâtre royal de Parme et le traditionnel concert du Nouvel An à l’Opéra de Venise.

Ses futurs projets incluent La Traviata au Suntory Hall de Tokyo et au Teatro San Carlo, Thaïs à la Scala, Rigoletto au Staatsoper de Vienne, Les Pêcheurs de perles au Staatsoper de Berlin, Linda di Chamounix au Théâtre Communal de Florence ainsi que Werther à Ferrare et Reggio d'Émilie.