Fue una de los hijos de Francisco de Sandoval, por entonces V marqués de Denia; y su esposa Catalina de la Cerda. Francisca tuvo como hermanos:^[2]​

• Cristóbal Gómez de Sandoval y de la Cerda (1577-1624), I duque de Uceda, que sucedió a su padre como valido del rey Felipe III.
• Juana de Sandoval, casada con Manuel de Guzmán y Silva, VIII Duque de Medina Sidonia
• Diego Gómez de Sandoval y de la Cerda, casado con Luisa de Mendoza, hija de Ana de Mendoza de la Vega y Luna, y en segundas nupcias con Mariana Fernández de Córdoba y Castilla, de esta unión nació el V duque de Lerma.
• Catalina de la Cerda Sándoval y Zúñiga, casada con Pedro Fernández de Castro y Andrade, VII conde de Lemos, sin descendencia.

Nació en Tordesillas, donde se encontraba de paso su madre.

Contrajo matrimonio con Diego de Zúñiga, IV marqués de la Bañeza, hijo de Juan de Zúñiga y Cárdenas, I duque de Peñaranda; y su esposa, Maria de Zúñiga, VI condesa de Miranda. El matrimonio tuvo descendencia en los siguientes hijos:^[3]​^[4]​

• Francisco de Zúñiga, sucesor de su padre, casado con Ana Enríquez, III marquesa de Mirallo; con descendencia.
• Juan López de Zúñiga y Cárdenas y Sandoval, casado con Bernarda Diana de Quintana-Dueñas, II marquesa de la Floresta y condesa de Quintana.^[5]​
• Catalina de Zúñiga, casada en 1623 con Felipe Pacheco, VI duque de Escalona y VI marqués de Villena.
• María de Zúñiga, monja descalza en el Real Monasterio de la Encarnación de Madrid.
• Ana de Zúñiga, ídem.
• Isabel de Zúñiga, religiosa clarisa en Peñaranda de Duero.

Su marido sucedió como II duque de Peñaranda a la muerte de su padre en 1608. Francisca quedó viuda de Diego de Zúñiga en 1626.

Seis años después, contrajo matrimonio secreto con un criado de su casa, Lope de Avellaneda y Manrique, hijo de Fernando de Avellaneda y de su esposa María de Aguilar. El 2 de septiembre de 1632 nacería José Avellaneda de Sandoval y Aguilar de la Cerda, I marqués de Torremayor y, caballero de la Orden de Calatrava y consejero del Consejo de Guerra; casado con Inés Chacón y Orellana.^[1]​

En julio de 1633, este matrimonio se hizo público causando gran consternación en la corte española. Jerónimo Gascón de Torquemada lo recoge con estas palabras en su Gaçeta y nuevas de la Corte de España:^[6]​

A los 9, se publicó otro casamiento más desigual y de mayor nota, por tocar como toca a diez o doce grandes Señores de los mayores y más calificados de España. Y fue que mi señora la Duquesa de Peñaranda viuda (hija del Cardenal Duque de Lerma, tía del que oy lo es [Francisco de Sandoval y Padilla], y madre de mi señora la Marquesa de Villena [Catalina de Zúñiga]), se casó in faccie ecclesiae con Don Lope de Avellaneda, vecino de Illescas, criado suyo antiguo; cosa que el Rey, y el Consejo de Estado y el de Justicia [por el de Castilla], y todos los Grandes de España, lo an tomado muy mal. Y Su Magestad la mandó poner a ella en el convento de monjas que llaman de Corpus Cristi, en celda separada sin comunicación de nadie, y al Don Lope le prendieron en su lugar, y le trajeron a la Cárcel Real desta Corte, donde asímismo le tienen sin que nadie le pueda hablar. Ase averiguado que havía diez meses que estavan velados y hacían vida maridable, y ay opiniones que es de mucho tiempo atrás.

El 9 de marzo de 1634 se sentenció la suerte de Francisca y Lope de Avellaneda. Se decidió que Francisca fuera recluido en un convento en Galicia y que Lope quedará recluido por al menos seis años en el Peñón de Gibraltar, corriendo este último con las costas de ambos traslados.^[7]​

Francisca dictó testamento en Madrid el 2 de septiembre de 1663, falleciendo el día 11 de ese mes en esa ciudad. Fue enterrada en el convento de San Antonio del Prado, de capuchinos, fundación de su padre en Madrid.^[4]​

1. ↑ ^{a b} Barrientos Grandón, Javier (2023). «Los consejeros del Rey (1500-1836)». Los consejeros del Rey (Agencia de la Boletín Oficial del Estado) II: 409. 
2. ↑ Guardia Salvetti, José Luis de la (2004). «Los Sandoval: noticias genealógicas de la línea troncal y sus enlaces en Cuenca, Jaén, Albacete y Murcia». Hidalguía: la revista de genealogía, nobleza y armas (306): 689-720. ISSN 0018-1285. Consultado el 18 de agosto de 2025. 
3. ↑ Salazar y Castro, Luis (1716). «L». Indice de las Glorias de la Casa Farnese, o resumen de las heroycas acciones de sus Principes. en la imprenta de Francisco del Hierro. p. 373. Consultado el 18 de agosto de 2025. 
4. ↑ ^{a b} Pellicer de Tovar, José (1668). «Cassamiento, y sucession del Duque Don Diego». Ivstificación de la grandeça y cobertvra de primera clase, en la casa y persona de don Fernando de Zvñiga,: noveno conde de Miranda, grande antigvo de Castilla, qvinto dvqve de Peñaranda, con segunda grandeça, sexto marqves de la Bañeça decimo vizconde de Val-Duerna, señor de las qvatro casas de Rica-Ombria, en Castilla, i Leon, de Aça, Avellaneda, Fuente-Almexir, i Baçan, y poseedor de sus estados, solares, i patronazgos. Por Diego Diaz de la Carrera. p. 99. Consultado el 18 de agosto de 2025. 
5. ↑ Álvarez y Baena, José Antonio (1790). «Juan López de Zúñiga y Cárdenas y Sandoval». Hijos de Madrid, ilustres en santidad, dignidades, armas, ciencias y artes: diccionario histórico por el orden alfabético de sus nombres. J. L. 3. Cano. Consultado el 18 de agosto de 2025. 
6. ↑ Gascón de Torquemada, Gerónimo (1991). «Julio de 1633». Gaçeta y nuevas de la Corte de España desde el año 1600 en adelante. RAMHG. p. 353. ISBN 9788460078555. Consultado el 26 de septiembre de 2019. 
7. ↑ Gascón de Torquemada, Gerónimo (1991). «Março de 1634». Gaçeta y nuevas de la Corte de España desde el año 1600 en adelante. RAMHG. p. 361. ISBN 9788460078555. Consultado el 26 de septiembre de 2019. «Este día se publicó la sentencia contra mi señora la Duquesa de Peñaranda y Don Lope de Avellaneda su criado y su marido. A ella que la lleven a Galicia a un convento, el que le está señalado, en el cual a de estar reclusa catorce años. Y a él en dos mil ducados para la Cámara de Su Magestad, y en seis años al Peñón, y que haviéndolos cumplido no salga deste presidio sin licencia del Rey Nuestro Señor, pena de la vida, y en las costas de llevarle con alguaciles y guardas, y en las costas de llevar a mi señora la Duquesa su mujer al convento.»