Overbeck var son till den tysk-brittiske köpmannen Franz Heinrich Herrmann Overbeck och dennes fru Jeanne Camille Cerclet, en i Sankt Petersburg född fransyska. Från 1846 till februarirevolutionen 1848 levde familjen i Paris, därefter åter i Sankt Petersburg och från 1850 i Dresden. På grund av sin multinationella härkomst behärskade Overbeck de större europeiska kulturspråken flytande.
Från 1856 till 1864 studerade Overbeck teologi i Leipzig, Göttingen, Berlin och Jena. År 1870 blev han professor i nytestamentligexegetik och äldre kyrkohistoria vid Basels universitet, där han blev kollega till Nietzsche, med vilken han även bodde granne till 1875. År 1876 ingick Overbeck äktenskap med schweiziskan Ida Rothpletz (1848–1933). Samma år var han universitetets rektor. År 1897 blev han emeritus.
Andreas Patzer (utgivare): Franz Overbeck, Erwin Rohde: Briefwechsel. de Gruyter, Berlin och New York 1999, ISBN 3-11-011895-5 (Supplementa Nietzscheana, band 1)
David Marc Hoffmann (utgivare): Franz Overbeck, Heinrich Köselitz (Peter Gast): Briefwechsel. de Gruyter, Berlin och New York 1990, ISBN 3-11-013023-8 (Supplementa Nietzscheana, band 3)
Niklaus Peter/Andreas Urs Sommer (utgivare): Franz Overbecks Briefwechsel mit Paul de Lagarde, i: Zeitschrift für Neuere Theologiegeschichte 3 (1996), 127-171
^Dalibor Brozović & Tomislav Ladan, Hrvatska enciklopedija, lexikografiska institutet Miroslav Krleža, 1999, Hrvatska enciklopedija-ID: 45969.[källa från Wikidata]