Il a signé quelques-uns des plus grands succès de la chanson française, dont la chanson du film Un homme et une femme de Claude Lelouch , couronné d’une Palme d’or en 1966. Le compositeur a continué à travaillé avec Claude Lelouch toute sa carrière, planchait d’ailleurs sur la bande originale de son dernier film prévu en salles en 2019, Les Plus Belles Années – la suite du film culte Un Homme et une Femme. Edith et Marcel (1982, avec Je n’attendais que toi par Charles Aznavour), Un Homme et Une Femme : Vingt Ans Déjà (1986), Itinéraire d’Un Enfant Gâté (1988) qui lui vaut son premier César, et Il Y A Des Jours…Et Des Lunes (1990).
En 1970, Francis Lai remporte l’Oscar de la meilleure musique de film pour son travail sur Love Story. Le thème Where Do I Begin interprété par Andy Williams est aussitôt repris par Mireille Mathieu (Une histoire d’amour).
Il a composé aussi autant pour Edith Piaf (L’Homme de Berlin), Dalida ou Juliette Gréco, Philippe Léotard, Yves Montant (La Bicyclette) et Nicole Martin (Bonsoir Tristesse)
Francis Lai a écrit en tout la musique de plus de 100 films et signera plus de 600 chansons.
Le Maire de Nice Christian Estrosi a annoncé que son nom sera donné à un lieu public.
