Formé par Georges Balbon au Conservatoire à rayonnement régional de Paris, François Payet-Labonne obtient en 1990 les 1ers prix de musique de chambre, formations sonate et quatuor, au Conservatoire national de musique de Paris. Entré dans la classe de Sylvie Gazeau, il obtient son Premier Prix de violon en 1991 et intègre la classe de violon solo dirigée par Pierre Doukan. Dès l’âge de 16 ans, François Payet-Labonne joue avec de nombreux orchestres en tant que violon solo. Il devient, en 1994, violon solo de l’Orchestre national de Lyon dirigé par Emmanuel Krivine.

Parallèlement, il enseigne et se produit en musique de chambre avec notamment Hortense Cartier-Bresson, Raphaël Chrétien, Eric Crambes, Michel Dalberto, Jean-Michel Dayez, Henri Demarquette, Xavier Gagnepain, Alexis Galpérine, Pascal Godart, Xavier Phillips ou Raphaël Oleg. Ancien membre des Virtuoses de France, il fait partie du Tempo di Tango dirigé par Olivier Manoury. Depuis 2001, il est invité chaque année dans le cadre du Festival des Arcs et au sein de l’Académie des Arcs ainsi qu’au Festival Opus dirigé par Eric Crambes.

Il rejoint l’Orchestre de la Suisse Romande en 2008, au poste de chef d’attaque des seconds violons. En 2010, il est nommé professeur de violon (métier d’orchestre) à la Haute École de Musique de Genève. François Payet-Labonne joue sur un violon de Jean-Baptiste Vuillaume.