Musicien comfirmé, Jean-Francis Monvoisin obtient son CAPES de musique, puis un premier prix de chant et un premier de musique de chambre au Conservatoire national Supérieur de Paris. Il doit son premier engagement à Manuel Rosenthal pour le Poème de l'amour et de la mer de Chausson à Radio-France. Premiers pas sur scène à l'Opéra de Lyon, notamment avec un rôle qui marque sa carrière: Hoffmann, sous la direction de Kent Nagano (1994).
Sa carrière s'internationalise dès 1998 : débuts en Italie sous la direction de Richard Bonynge dans les Puritains aux côtés de Luciana Sera, Scottish National Opera dans Norma (Pollione), sous la direction de Richard Armstrong, Festival d’Edimburgh pour Giovanna d’Arco de Verdi (1999), Opéra de Cleveland (USA) dans Roméo et Juliette de Gounod, Opéra-Bastille pour Salambò de Fénelon, Opéra de Montréal où il chante la Bohème de Puccini (2000) et encore Opéra de Lima pour Tosca de Puccini et Carmen de Bizet (2001).
L'évolution de sa voix lui permet d’aborder un répertoire plus large: La Damnation de Faust à l'Opéra de Brême (dir. Gunther Neuhold), Die Ägyptische Helena de R. Strauss à Cagliari (2001), Canio de Paillasse et Turridu de Cavalleria Rusticana à l’Opéra d’Hawaï, Radamés d’Aïda à Lübeck, Carmen sous la direction du maestro Carella. Beau succès à l’Opéra de Marseille dans Bacchus de Ariadne auf Naxos (2002), rôle qu'il reprend régulièrement tant en France qu'à l'étranger.
En 2003, débuts sur deux grandes scènes : la Monnaie de Bruxelles aux côtés de José van Dam dans Œdipe sur la route de Bartholomée (création mondiale) et le Grand Théâtre de Genève où il chante, au pied levé, le Faust de la Damnation de Faust dans une mise en scène d'Olivier Py.
Depuis, il se produit sur de nombreuses scènes à l'étranger - en Italie: Opéras de Rome, Lecce, Lucca, Bolzano, Académie Santa Cecilia (sous la direction d'Antonio Pappano), en Belgique et aux Pays-bas où il a fait une tournée avec Mme Butterfly (Pinkerton), à Cape Town, en Suisse à Fribourg et au Festival de Verbier et en Allemagne où en 2008 il a chanté l'Africaine de Meyerbeer et la Damnation de Faust, à l'Opéra de Nuremberg, il fut Benvenuto Cellini dans Benvenuto Cellini, de Berlioz, dans une production magnifique de Laura Scozzi qui lui a valu un grand succès public et critique. puis Don Sébastien dans Don Sébastien, roi du Portugal de Donizetti- ainsi qu'en France, notamment au Grand Théatre de Limoges, à Saint Denis de la Réunion, à l'Opéra de Metz et au Grand Théatre de Tours où il fut remarqué dans le Pays de Ropartz (il chantait Tual, un des trois rôles) qui a remporté le prix de la Critique 2008.
On l'entend régulièrement dans les rôles de Faust, Don José, Hoffmann, Radamés, Florestan, Bacchus....
Récemment, il remporte un vif succès dans Hoffmann à l'Opéra de Pékin lors d'une nouvelle production de Francesca Zambello puis dans Peter Quint du Turn of the Screw de Britten à l'Opéra de Tours dans la production de Dominique Pitoiset.
Par ailleurs il se produit régulièrement en concert,invité à Montréal par l'OSM dans Carmina Burana sous la direction de Jacques Lacombe, à Quito avec l'ONSE dans la Ixème Symphonie de Beethoven sous la direction de Nathalie Marin, lors de tournées en Suisse, A Genève, Lausanne, Neufchâtel pour le Requiem de Verdi, à Madrid avec L'ORTVE pour la Faust-Symphonie de Liszt sous la direction de Carlo Rizzi.
En juillet 2016, il chante Carmina Burana sous la direction de Seiji Ozawa avec le Boston Symphony Orchestra en ouverture du festival de Tanglewood.