A los 14 años, Heim fue el segundo aprendiz contratado por Benz & Cie . Durante sus cuatro años de aprendizaje, estuvo bajo la tutela personal de Carl Benz . Su carrera en las carreras con Benz & Cie. comenzó en 1907 como mecánico de carreras y copiloto de René Hanriot . Con Hanriot, Heim logró, entre otros resultados, el tercer lugar en el Gran Premio de la ACF de 1908 y el cuarto lugar en el Gran Premio de Estados Unidos de 1908. Como mecánico de carreras para Victor Hémery y Barney Oldfield, participó en los exitosos intentos de récord mundial de velocidad con el Blitzen-Benz en 1909 y 1910. En 1910, Franz Heim pilotó la lancha rápida Benz de 2 x 200 hp en el intento de récord mundial de velocidad en el agua en Mónaco . Heim reclamó un puesto de piloto para sí mismo y prevaleció. Fue nombrado piloto de fábrica de Benz. En mayo de 1910, ganó la subida a Ries, cerca de Graz , en su primera carrera .  Posteriormente, ganó más carreras por toda Europa, incluyendo paradas en Lieja, Amberes, Ostende, Boulogne-sur-Mer y Brooklands . A finales de año, reemplazó a George Robertson en la Copa Vanderbilt .

Para 1911, Benz apenas tenía planeadas inscripciones de fábrica para carreras. Por lo tanto, Heim dejó Benz y se convirtió en piloto de carreras independiente. En mayo, corrió una vez más la subida de Ries. para el industrial cervecero austriaco Theodor Dreher en el Blitzen-Benz de 200 hp y volvió a ganar frente a 70 000 espectadores. También se aseguró la victoria de clase en el Premio del Zar ruso y recibió el premio del ganador de la Categoría II personalmente del zar Nicolás II. En 1912, Franz Heim fue contratado por Lorraine-Dietrich como piloto para el Gran Premio de Francia en el Circuito de Dieppe . Se retiró por una falla de motor poco después del inicio. Heim comenzó a desarrollar automóviles de pasajeros en su taller de Mannheim. En el invierno de 1913/14, fue contratado por LG "Cupid" Hornsted para intentos de récord mundial , que fueron exitosos.

Luego estalló la Primera Guerra Mundial , y Heim se convirtió en uno de los primeros comandantes de tanques alemanes, al volante de un Mark I británico capturado. Tras la guerra, Heim fundó su compañía automovilística, Heim & Cie. , y junto con Arthur Henney, desarrolló un coche de carreras para la carrera inaugural en el circuito AVUS de Berlín en 1921. En esa primera carrera, el Heim 8/30 de Heim terminó tercero. Este éxito fue una publicidad crucial para Heim & Cie., y el nuevo modelo 8/40 se convirtió en un éxito de ventas. Para la temporada de 1922, Franz Heim desarrolló coches de carreras de Gran Premio con sus propios motores Heim de seis cilindros . En el primer Gran Premio de Italia de 1922 en Monza , Franz Heim y Reinhold Stahl compitieron con los coches de Gran Premio Heim, aunque con motores Selve . Ambos pilotos terminaron muy rezagados. Debido a la inflación y la Gran Depresión, los coches de Gran Premio Heim nunca volvieron a competir.

En 1923, Heim fundó otra empresa, la Heim Motorenwerk (Fábrica de Motores Heim ). En 1924, la serie de modelos Heim 9/60 (y el deportivo 8/80) entró en producción en serie con motores de fabricación propia. Las cifras de ventas fueron muy inferiores a las expectativas, y Heim también sufrió un grave ataque al corazón. Las ventas se desplomaron en noviembre de 1925, y Franz Heim se suicidó el 6 de enero de 1926.

Algunos resultados destacados de la trayectoria profesional de Franz Heim como mecánico de carreras, piloto de carreras y propietario de un equipo de carreras.