È conosciuto come Francesco Nerli il Giovane per distinguerlo da uno zio omonimo (il Vecchio; 1594-1670), che fu anche lui arcivescovo di Firenze dal 1652.
Dal papa ebbe incarichi diplomatici (nunzio apostolico in Polonia e in Francia) e nel 1670 fu nominato arcivescovo della sua città, dove fece restaurare il Palazzo Arcivescovile. Nel 1673 fu nominato cardinale e Segretario di Stato; nel 1683 rinunciò alla sede vescovile fiorentina.

L'epigrafe è sulla trabeazione di una porta secondaria del Palazzo Arcivescovile.