En 1605, con 9 años de edad, ingresó como niño cantor en la Catedral de Tivoli, donde después fue empleado como cantore ordinario desde 1609 hasta febrero de 1624. Probablemente sus primeros profesores fueron los maestros de la capilla de la catedral de Tivoli que se turnaban en aquellos años: E. Beoper, R. Micheli y P.P. Paciotti. Ya en 1621 su padre lo había dotado de un patrimonio suficiente para iniciar la carrera eclesiástica y en 1624 lo envió a Roma para sus estudios. Manelli Sin embargo debió cambiar de idea, puesto que Contrariando los deseos del padre, que lo había deseado sacerdote, Francesco prefirió dedicarse a la música, estudiando con Vincenzo Ugolini y Virgilio Mazzocchi en Roma. En 1626 se casó con la cantante Maddalena Lolli, con la que tuvo al menos dos hijos: Anna Maria, nacida en Tivoli el 16 de octubre 1628, y Constantino.

En febrero de 1627 Manelli regresó a Tivoli para tomar el cargo de maestro de capilla de la catedral, mantenido hasta febrero de 1629. De regreso en Roma, el 4 de abril de 1629 firmó la dedicatoria de su “Ciaccone et arie a 1, 2 e 3 voci… libro terzo, opera terza” (Roma 1629) a A. Raimondi, sobrino del fallecido G. B. Raimondi, su protector. En el mismo año, su dueto "Che mi potrai tu fare?" para dos sopranos y bajo continuo se incluyó en la colección editada por G.B. Robletti "Le risonanti sfere" (Roma 1629). En los años 1629-1630 Mannelli y su esposa vivieron en la parroquia de San Esteban en Piscinula, en casa del compositor y cantante del Papa Stefano Landi. El 18 de mayo de 1630 fue nombrado maestro di cappella de la Arciconfraternita di Santa María della Consolazione, y permaneció en este cargo no más allá de septiembre de 1631, el mes en que F. Serperio fue llamado para reemplazarlo.

No se sabe cuánto tiempo los Manelli se quedaron en Roma, pero la presencia de Maddalena allí consta en una carta, fechada el 3 de diciembre de 1633, de Fulvio Testi a Francesco I de Modena. En esta carta, en la que se involucraba para promoverla como cantante rival de Francesca Campana, Testi mencionaba que Maddalena había estado una vez al servicio del Duque Giovanni Antonio Orsini. Tras este nuevo período en Roma, su esposa continuó su carrera como cantante en Venecia, y Manelli se reunió con ella allí, componiendo y trabajando como cantante en San Marcos.

Fue fuera de Roma que Manelli ganó sus más grandes éxitos y junto con su esposa fue uno de los protagonistas del nacimiento de la ópera en los teatros públicos, como cantante, compositor y empresario. Probablemente en 1636 había salido de Roma con su esposa, que cantó en Padua en "Ermiona", una especie de fábula con música de F. Sances sobre libreto de P. E. Obizzi, 'para la introducción de un torneo a pie y a caballo, y de un ballet'. En ese año, la recopilación de su "Musiche varie a una, due e tre voci, cioè cantate, arie, canzonette et ciaccone con l'aggiunta… opera quarta, libro quarto" (Venecia, 1636), oportunamente dada a la prensa por su esposa y dedicada al embajador inglés B. Feilding, dio a conocer a Manelli como compositor de canciones en estilo recitativo. Al año siguiente, un equipo compuesto principalmente por veteranos cantantes del espectáculo paduano, dirigido por Benedetto Ferrari y por Manelli, puso en escena por primera vez una ópera en un teatro público. En 1637, de hecho, en el teatro San Cassiano de Venecia, reabierto después del incendio que lo había destruido en 1629, una  compañía formada por pocos cantantes representó la "Andrómeda", con música de Manelli sobre libreto de Ferrari.

En esta producción él mismo representó los papeles de Neptuno y Astarco, mientras su esposa cantó el prólogo y el papel de Andrómeda. El éxito de esta primera ópera hizo que en el carnaval del año siguiente, de nuevo en San Cassiano, subiera al escenario "La maga fulminata" de Manelli, con libreto de Ferrari. En el folleto, publicado más tarde y todavía dedicado a Feilding - evidentemente protector de Mannelli y Ferrari -, el editor A. Bariletti elogiaba la habilidad de Ferrari, como poeta, intérprete de tiorba y empresario.
La ópera se repuso en Módena en 1656, probablemente a instancia de Ferrari, para la apertura del Teatro della Speltà. Siguiendo el éxito de "Andromeda" Manelli y Ferrari colaboraron de nuevo en 1638 para producir la ópera "La maga fulminata", y Manelli y su esposa cantaron de nuevo en ella. El 3 de octubre de 1638 él fue admitido en el coro de San Marco, Venecia, como cantante bajo, con un estipendio de 60 ducados (aumentado a 80 el 30 de octubre de 1639). Su empleo allí no hizo, sin embargo, disminuir su actividad operística.

En 1639 colaboró con el desconocido académico Giulio Strozzi para producir "Delia" o "La Sera sposa del Sole", para la apertura del Teatro SS Giovanni e Paolo, y después en el mismo año escribió la música para "Adone" (1640; libreto de P. Vendramin), una ópera atribuida alguna vez a Monteverdi. Posteriormente escribió sólo una gran ópera para Venecia, "Alcate" (1642; libreto de ManelliA. Tirabosco). Sin embargo, en los años intermedios, puede haber estado activo en una compañía itinerante que realizó óperas venecianas en Bolonia. En 1640 actuó allí como empresario para las representaciones de "Delia" e "Il ritorno d'Ulisse in patria" de Monteverdi. Estas presentaciones fueron celebradas en una colección publicada de sonetos que revelan que su esposa cantó los papeles de Venus en "Delia" y Minerva en "Il ritorno d'Ulisse" y que su pequeño hijo Costantino también aparecía en "Delia" en el papel de Cupido.

A pesar de haber contribuido, junto con Ferrari, al nacimiento del teatro de ópera empresarial, en unos pocos años Manelli se encontró quizá considerado como un compositor 'datato' (algo así como pasado de moda) en los escenarios venecianos, de modo que no se tiene ninguna noticia de él en los años 1643-1644. Sólo en 1645, con su esposa y otros dos cantantes (Anna Renzi y F. Laurenzi), Manelli fue contratado por el empresario G. Lappoli para cantar en una ópera en el teatro Novissimo, probablemente el "Hercole in Lidia" (libreto de Manelli Bisaccioni, música de G. Rovetta) preparada para el carnaval, pero tal vez representada en la feria de la Ascensión; Los cuatro cantantes tuvieron, sin embargo, que demandar a Lappoli para obtener el pago de sus prestaciones.
En 1645 la familia Manelli fijó su residencia en Parma; Francesco y Costantino fueron admitidos el 23 de marzo al coro de Santa María della Steccata por orden del duque Odoardo Farnese. Más adelante (tal vez en 1646) fue admitido como "músico" de la corte Farnese, a cuyo servicio, por su parte, desde el 1 de abril de 1645 había entrado su esposa; con certeza sabemos que en 1652 el Manelli fue calificado como "maestro de la capilla ducal" y en marzo de 1653 aparecía en los papeles de la corte junto con su esposa, pero con el título de "músico".

En Piacenza, el 1 de mayo de 1646, en el teatro de la plaza fue repuesta su ópera "Alcatel". Para el Carnaval de 1651 Manelli compuso la música para el ballet "Ercole nell'Erimanto" (libreto de B. Morando) puesto en escena en el teatro Ducale di Piacenza, y al año siguiente, durante la visita de los archiduques Carlo, y Sigismondo y Francesco de Austria y Anna de Medici, se representó su drama fantástico "Le vicende del tempo" (libreto de Morando).

A este siguieron el drama musical "Il ratto d'Europa" (1653; libreto de E. Sandri, seudónimo de P.E. Fantuzzi.) y, en 1660, con motivo del matrimonio de Ranuccio II Farnese con Margherita Violante de Saboya, el drama "La Filo" overo "Giunone rapacificata con Ercole" y el torneo "I sei gigli", ambas con libreto de F. Berni. La última ópera compuesta por Manelli, "La Licasta", fue representada el 2 de julio de 1664, con motivo del paso por Parma de Cosme de Médicis, en el local collegio dei Nobili; para el acontecimiento Manelli utilizó un libreto de Ferrari, ya puesto en escena en 1653 en Ratisbona -con el título "L'inganno d'Amore", y música de A. Bertali-, aquí ampliado con la incorporación de algunas escenas ridículas y un docena de canciones nuevas. "La Licasta" es considerada la primera ópera dada en Parma en el modelo de las de Venecia de 'trama puramente humana', por la inserción de escenas cómicas y un menor número de intervenciones de las tramoyas.

Manelli murió en Parma probablemente el 22 de julio de 1667 o poco antes, ya que en esa fecha el puesto que dejó vacante en la capilla de Santa María de Steccata fue asignado a G.B. Policci. Su esposa murió en octubre de 1680.