Era hijo del duque de Brunswick, coronel y miembro del consejo de guerra, Werner von Holstein (1784-1857).

Holstein ingresó en el cuerpo de cadetes del 6 de octubre de 1845 como segundo teniente en el regimiento de infantería y participó en la campaña contra Dinamarca entre 1848 y 1849. Ya como primer teniente, desde el 18 de marzo de 1850, fue asistente del 2.º Batallón de Landwehr, y finalizó sus servicios el 11 de marzo de 1853.

Ya durante su entrenamiento como oficial, compuso la ópera Zwei Nächte in Venedig (Dos noches en Venecia), así como canciones y baladas. En 1853 llegó a Leipzig, donde estudió contrapunto con Moritz Hauptmann y recibió clases de piano de Ignaz Moscheles. Después de permanecer en Roma, Berlín y París, se hizo cargo de la administración de la Sociedad Bach en Leipzig y fue miembro fundador de la Fundación Bach (Bach-Vereins. Además de tres óperas, escribió dos oberturas, una cantata, obras de música de cámara y piezas para piano, y tenía una excelente reputación como compositor de canciones.

Holstein fue enterrado en el Neuen Johannisfriedhof (ahora Lapidarium Alter Johannisfriedhof) en Leipzig. En Leipzig, su esposa Hedwig, hija del alcalde, Rudolf Julius Salomon, creó el llamado Holstein-Stift, una fundación para apoyar a los estudiantes de música sin recursos.

• Der Haideschacht, ópera (1868)
• Der Erbe von Morley, ópera (1872)
• Die Hochländer, ópera (1876)
• Canciones para voz, dúos, coro mixto y masculino
• Música de cámara
• Oberturas

• Peter Ackermann: Zwischen Musikdrama und Spieloper. Franz von Holsteins musikalische Bühnenwerke. En: Deutsche Oper zwischen Wagner und Strauss. S. Döhring (ed.) Chemnitz 1998. p. 37–46.
• Moritz Fürstenau (1881), «Holstein, Friedrich Franz von», Allgemeine Deutsche Biographie (ADB) (en alemán) 13, Leipzig: Duncker & Humblot, pp. 1-2 . (ADB). Band 13, Duncker & Humblot, Leipzig 1881, p. 1 f.
• Gerhart Glaser: Franz von Holstein. Ein Dichterkomponist des 19. Jahrhunderts. Leipzig 1930. (Dissertation)
• von Kortzfleisch: Geschichte des Herzoglich Braunschweigischen Infanterie-Regiments und seiner Stammtruppen 1809–1867. Druck und Verlag von Albert Limbach. Braunschweig 1896. p. 429.
• Michael Märker, Willi Kahl: Holstein, Franz von. En: Ludwig Finscher (Hrsg.): Die Musik in Geschichte und Gegenwart. Zweite Ausgabe, Personenteil, Band 8 (Gribenski – Hilverding). Bärenreiter/Metzler, Kassel u. a. 2002, ISBN 3-7618-1118-7 (Online-Ausgabe, für Vollzugriff Abonnement erforderlich)

• Bibliografía relacionada con Franz von Holstein en el catálogo de la Biblioteca Nacional de Alemania.
• DDB Person
• Partituras libres de Franz von Holstein en el Proyecto Biblioteca Internacional de Partituras Musicales (IMSLP).