Nació el 7 de marzo de 1948 en la Ciudad de México. Es doctor en Química (Bioquímica) por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Su trabajo de investigación y desarrollo tecnológico es pionero a nivel internacional en el área de la biología molecular, la ingeniería genética y la biotecnología, en particular en el aislamiento, caracterización y manipulación de genes en microorganismos. Bolívar Zapata fue miembro de un grupo de investigadores en San Francisco, EUA, que en 1977 logró por primera vez en la historia la producción en bacterias por técnicas de ingeniería genética de proteínas transgénicas idénticas a las humanas, como la insulina, la cual se utiliza clínicamente para contender con la diabetes. Además, su trabajo en el área de la ingeniería de vías metabólicas en microorganismos es también pionero en el propósito de la modificación genética y de la fisiología bacteriana para el diseño y la optimización de microorganismos productores de metabolitos y proteínas de interés social y comercial.

En 1982 fue nombrado primer director del recién creado Centro de Investigación sobre Ingeniería Genética y Biotecnología de la UNAM. En septiembre de 1991, la UNAM transformó este centro en el Instituto de Biotecnología y Bolívar fue nombrado su primer director, cargo que ocupó hasta 1997. En ese año fue designado coordinador de la Investigación Científica de la UNAM, puesto en el que estuvo a cargo durante tres años. Entre 1996 y 2000 fungió también como vicepresidente y poco después como presidente de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC). Es investigador y profesor emérito de la UNAM, desde 2005; investigador emérito del Sistema Nacional de Investigadores, del Conacyt, desde 2014; y miembro del Consejo Consultivo de Ciencias de la Presidencia de la República, desde 1992. Ha sido miembro de la Junta Directiva de la UAM y de las Juntas de Gobierno de la UNAM, UAEM y del Conacyt. De abril de 2013 a septiembre de 2015, fue coordinador de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Oficina de la Presidencia de la República.

Es autor de más de 250 publicaciones en revistas y libros, las cuales han sido citadas más de 16 500 veces en la literatura mundial. Ha escrito y editado libros de divulgación y opinión, entre ellos, incluidos los cinco tomos de su obra científica y de divulgación como miembro de El Colegio Nacional. Ha participado en múltiples congresos, talleres y ha dictado más de 300 seminarios y conferencias.

Ha recibido diversas distinciones y premios, entre los que destacan el Premio Nacional de Química 1980, otorgado por el Gobierno Federal; el Premio de Investigación en Ciencias Naturales 1982, de la AMC; el Premio Manuel Noriega 1988, en Ciencia y Tecnología por parte de la Organización de Estados Americanos; el Premio Universidad Nacional 1990; el Premio Príncipe de Asturias 1991 (hoy Princesa de Asturias) en Investigación Científica y Técnica; el Premio Nacional de Ciencias y Artes 1992, en el campo de Ciencias Físico-Matemáticas y Naturales, conferido por el Gobierno de la República; el Premio TWAS 1997, en el área de Biología, otorgado en Italia por la Third World Academy of Sciences; y el Premio Luis Elizondo 1998, conferido por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. La Universidad de Lieja (Bélgica), la Universidad Autónoma Metropolitana, el Colegio de Posgraduados y la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, le han otorgado doctorados honoris causa y ha recibido reconocimientos de las universidades autónomas de Coahuila, Nuevo León, Morelos y Benemérita de Puebla. Asimismo, recibió la Venera José María Morelos y Pavón Morelense de Excelencia 2009 por su contribución al desarrollo del Estado de Morelos. Desde septiembre de 2012 el auditorio del Instituto de Biotecnología de la UNAM en Cuernavaca, Morelos, lleva su nombre.

Francisco Gonzalo Bolívar Zapata ingresó a El Colegio Nacional el 8 de diciembre de 1994, su discurso de ingreso “La genética moderna: horizontes” fue contestado por Guillermo Soberón Acevedo.