A una ricchissima attività espositiva affianca la direzione del Museo d'arte moderna e contemporanea Ca La' Ghironda di Bologna. Espone al Palazzo dei Congressi di Lugano (1979), al Grand Palais di Parigi (1980), al Palazzo dei Diamanti di Ferrara (1982), alla Biennale di Venezia (1986), alla Permanente di Milano (1987), all'Istituto Italiano di Cultura di New York (1989).

Studia i classici e, all'inizio, con un naturalismo espressionistico dipinge paesaggi e figure del mondo rurale. Il soggiorno negli Stati Uniti (1958) lo avvicina all'informale, mentre nelle pitture più recenti (realizzate con una procedura per la quale l'artista dipinge su tele già dipinte) Francesco Martani elabora in chiave astratto-figurativa febbrili situazioni metamorfiche, in bilico tra forma e non forma, tra paesaggio e figura umana. È stato scritto che nei suoi dipinti "palpita il metabolismo delle visioni cangianti" grazie a un magma di segni trascoloranti, a striature avvolgenti e a improvvise schiarite di spazi.