Фрэнк Маховлич родился 10 января 1938 года в маленьком городке Тимминс, , в семье эмигрантов из Хорватии. Играть в хоккей он начал в команде "Шумахер Лайонз" (NOHA). Его заметило руководство "Торонто Мейпл Лифз", приняв в "Торонто Сент Майкл Мейджорз" (аффилированной команды "Листьев") хоккейной ассоциации Онтарио (OHA).

Юный Фрэнк играл в клубе, одновременно учась в "Сент Майкл Колледж Скул" с 1954 по 1957 годы. Командой "Сент Майкл" Маховличем руководил не кто-нибудь, а сам Джо Примо - легенда "Торонто Мэйпл Лифс", которого Фрэнк позднее назовет лучшим тренером, который у него когда-либо был. В сезоне-1956/57 ему, как лучшему игроку OHA, вручили "Ред Тилсон Трофи". В том сезоне Маховлич забросил 52 шайбы в 49 матчах. Те, кто видел тогда его в игре, говорили о недюжинном потенциале юного хоккеиста.

В своём первом полном сезоне в НХЛ, 1957-58 года, он выглядел более чем солидно,а в некоторых матчах просто феноменально. Его 20 голов и 36 очков было достаточно, чтобы получить в конце сезона "Колдер Трофи" вручаемый лучшему новичку Лиги. В споре лучших новичков он обошел Бобби Халла, который также дебютировал в НХЛ в том сезоне и о котором тоже много говорили как об одарённом молодом хоккеисте. В этом же году Фрэнк поступил в университет в Виндзоре, провинция Онтарио, а главным тренером и менеджером "Листьев" стал знаменитый Панч Имлач. В 19 лет, Маховлич казалось находился на пороге не просто большой, а феноменальной карьеры.

Во втором сезоне его поразил "синдром второгодки", но при этом Фрэнк забил 20 голов, что для молодого игрока является довольно неплохим результатом.

С сезона 1960/61 Фрэнк Маховлич стал играть в одном звене с Редом Келли и Бобом Невином. Ему было всего 23 года, когда он резво начал тот сезон и лидировал в Лиге в течение большей части года по забитым голам. Когда до конца сезона оставалось всего 14 игр, на его счету было 48 голов, всего на два меньше, чем рекордные 50 голов Мориса Ришара . Казалось ничего не помешает ему стать лучшим снайпером сезона и повторить рекорд "Ракеты" Ришара, однако он так и не смог забить недостающие 2 гола. Форвард "Монреаль Канадиенс" Берни Джеффрион настиг и обошел его в конце года, став вторым хоккеистом в истории НХЛ забившим 50 голов. После этого все начали говорить не о том, насколько талантлив Маховлич, сумевший забить 48 голов в таком молодом возрасте, а о том, что не хватало в нём чтобы забить больше голов.

Хотя "Торонто" выигрывал Кубок Стэнли в течение трёх сезонов подряд, начиная с 1962 года, а сам Маховлич в среднем забивал тогда более 30 голов в сезоне, он по прежнему находился в центре внимания многочисленных критических высказываний и постоянных освистываний трибун на домашней арене "Лифс". Когда же он не не смог забить ни одного гола в плей оффе 1963 года, то был яростно освистан во время и после решающей игры, в которой "Торонто" выиграло Кубок. Это унижение продолжилось даже на следующий день, когда команда торжественно проехалась с Кубком по центру Торонто.

Отвечал Маховлич и на брань тренера Имлача, часто реагируя на критику очень резко. Позже он признавал, что не разговаривал с Илмичем в течении пяти лет после этого. И хотя команда и врачи не признавали этого в течение нескольких лет, Маховлич был госпитализирован в 1964 году, из-за острой напряжённости и депрессии. Он вернулся в команду, но игра его поблекла. Результативность его снижается до 18 голов в последнем кубковом сезоне "Торонто" в 1966-67 годах. 1 ноября 1967 года "Торонто" играло с "Канадиенс" и это была важная игра между давними соперниками. Маховлич провёл замечательный матч, забив гол и сделав две передачи и помог "Торонто" победить 5-0. Он был назван одной из трех звезд матч и его как это обычно принято вызвали на круг почёта перед оставшимися после матча зрителями.

Многие фанаты приветствовали его, но были и такие которые свистели в его сторону, даже после такого матча. На следующий день, когда "Торонто" выезжало на матч в Детройт, Маховлич встал со своего места в поезде, сообщил партнеру, о том что он уезжает домой и вышел с поезда. Вскоре после этого он снова был помещён в психиатрическое отделение в Центральном госпитале Торонто. Он находился в глубокой депрессии, и согласно многочисленным сообщениям, страдал от нервного срыва.

По прошествии более чем месяца, в течение которого он пропустил 11 игр, он вернулся играть на домашний матч против "Монреаля". Пока Маховлич отсутствовал, молодой Майк Уолтон не смог его заменить в нападении, хотя "Торонто" и выиграла несколько матчей подряд. Когда Маховлич оказался на льду, он был в звене с Уолтоном и капитаном команды Джорджем Армстронгом. Маховлич подхватил шайбу в центре площадки и переместившись на правый край в зоне "Монреаля", оттянул на себя защитника открыв таким образом коридор посередине. Последовал прекрасный пал на Уолтона прорвавшегося к воротам и забившего гол. Вся эта комбинация заняла 18 секунд, "Большой М" объявил о своём возвращении, и теперь болельщики были едины в своих аплодисментах.

В конце сезона "Лифс" решили расстаться со своим большим нападающим. В крупнейшем обмене года он был направлен в Детройт в компании с Питом Стимковски, Гарри Унгером и Карлом Брюером. В обратном направлении в "Лифс" попали Пол Хендерсон, Норм Ульманн и Флойд Смит.

Освободившись в "Детройте" от давления и конфликтов преследовавших его в Торонто, у Маховлича открылось второе дыхание. В "Красных Крыльях" он играл к тому же со своим младшим братом Питом, которого все называли "Маленький М", хотя он и был на пять дюймов выше Фрэнка. Все эти перемены повлияли в лучшую сторону на ментальное здоровье Фрэнка - он стал веселее и более компанейским. В "Детройте" его определили в звено с Горди Хоу и Алексом Дельвеккио и это привело к 49 голам забитым им в его первом полном сезоне в Детройте в 1968-69 годах. В Детройте, Маховличу давали огромное количество игрового времени, он играл в первой спецбригаде в большинстве и иногда выходил на площадку даже в меньшинстве. Когда Хоу стал третьим игроком в истории НХЛ набравшим 100 очков за сезон в 1968-69 годах, Маховлич была назван в качестве существенного фактора этого события. После нескольких успешных и счастливых лет в Детройте, Маховлич был снова обменен, став жертвой "Детройта" который боролся с высокими контрактами своих игроков и перестраивавшего команду.

Фрэнк был обменян в "Монреаль Канадиенс", которые готовились к очередной победе в Кубке Стенли в 1971 году и не пожалели трёх своих игроков, чтобы получить могучего левого крайнего. Фрэнк вновь оказался в одной команде со своим братом, который оказался в Монреале годом раньше. Фрэнк провёл впечатляющий плей офф с "Монреалем", выиграв со своей новой командой Кубок Стэнли и забив 14 голов в 27 матчах. В "Монреале" Маховлич был очень счастлив. С "Канадиенс" он провёл свой лучший в карьере сезон 1971-72, набрав 96 очков и сыграв важную роль в канадской сборной игравшей со сборной СССР "серию века" осенью 1972 года.

В 1973 году Маховлич попал в первую символическую сборную НХЛ по итогам сезона. И снова был потрясающий плей офф, в котором Фрэнк выиграл свой шестой и последний Кубок Стенли. Маховлич был важным игроком в составе "Монреаля" и только старение и продвижение молодых хоккеистов на ведущие позиции в "Монреале" не позволили Фрэнку оставаться лучшим игроком команды.

Вместо того, чтобы с почётом закончить карьеру в "Монреале", Фрэнк решил попробовать свои силы в ВХА. Pадрафтованный за команду Хьюстона, Маховлич был обменен в "Торонто Торос", которые хотели подписать обоих братьев Маховличей. В возрасте 36 лет Маховлич подписал с ними контракт на четыре года. В «Торосе» он стал лучшим бомбардиром, но вскоре команда переехала в Бирменгем на юге США и стала называться "Буллз". Хотя Маховлич всё ещё горел желанием играть в хоккей, "Буллз" абсолютно не был популярен в глубинке юга Америки. В конце своего четырёхлетнего контракта, 40 летний Маховлич был обменен на ветерана и подающих надежды молодых игроков. Таким образом "Буллз" пытались остаться на плаву в хоккейном бизнесе. На этом его карьера была завершена.

В 1981 году Фрэнк Маховлич был включен в Зал Хоккейной Славы, а в 1988 году принимая во внимания его заслуги на льду и вне его, канадский премьер-министр Жан Кретьен назначил Маховлича сенатором палаты канадского парламента.