2006: Premiers succès notables

Il s'est révélé au grand public lors de sa victoire dans l'Amstel Gold Race 2006 où il s'est imposé en solitaire. Il est le premier Luxembourgeois à remporter cette course néerlandaise. Il s'est illustré la même année lors du Tour de France 2006, en remportant la quinzième étape à l'Alpe d'Huez en attaquant dans les 2 derniers kilomètres de l'étape, reléguant son compagnon d'échappée Damiano Cunego à 11 secondes. Il a également porté le maillot jaune durant deux journées en 2008, le cédant ensuite définitivement à son coéquipier Carlos Sastre, également dans l'Alpe d'Huez.

2008: Affaire Puerto, perquisition

En septembre 2008, peu avant le Championnat du Monde de Varèse, le périodique allemand Süddeutsche Zeitung publie une information qui accuse Schleck d'avoir payé 7 000 euros au docteur Fuentes, dans le cadre de l'« affaire Puerto », dans laquelle le Luxembourgeois est impliqué sous le pseudonyme de Amigo de Birillo^[6].

Immédiatement après ces révélations publiques, Schleck fait l'objet d'une perquisition^[7] dans son hôtel, à la veille des Championnats du monde de Varèse, la police italienne ne trouve aucune substance suspecte dans l'hôtel où logeait la sélection du Luxembourg et il peut participer au championnat du monde^[8]. La semaine suivante, Schleck fait une déclaration devant l'Agence antidopage du Luxembourg, où il reconnaît la véracité du versement à Fuentes à titre de paiement pour une consultation, mais il se déclare innocent et dit ne pas connaître ni avoir recouru aux pratiques dopantes du gynécologue canarien^[9].

Finalement, le docteur Fuentes, poursuivi pour mise en danger de la vie d'autrui, l'existence d'un réseau de dopage sanguin étant avéré, sera condamné en 2013, mais Schleck n'est pas sanctionné car le virement bancaire n'est pas considéré comme une preuve de dopage^[10].

2009-2010: victoires en classiques puis au tour de Suisse

Fränk Schleck lors du Paris-Nice 2011

En 2009, Fränk Schleck s'impose sur la dernière étape du Tour de Californie en battant au sprint Vincenzo Nibali. En mars, il se classe deuxième de Paris-Nice, à une minute du vainqueur Luis León Sánchez. En juillet, il remporte la 17^e étape du Tour de France au Grand-Bornand, devant Alberto Contador et Andy Schleck.

En 2010, il obtient des places d'honneur sur les classiques en terminant notamment septième de l'Amstel Gold Race puis huitième de Liège-Bastogne-Liège (après déclassement d'Alejandro Valverde)^[11]. En juin, il remporte une étape du Tour de Luxembourg et finit deuxième du classement de son tour national. La semaine suivante, il participe au Tour de Suisse. Il y remporte tout d'abord la troisième étape. Pointant à la quatrième place du classement général à 38 secondes de Robert Gesink au départ du contre-la-montre final^[12], il reprend du temps à ses devanciers et conserve suffisamment d'avance sur l'Américain Lance Armstrong pour remporter l'épreuve. Il devance ce dernier de 12 secondes et son coéquipier Jakob Fuglsang de 17 secondes^[13]. Il est le premier Luxembourgeois à remporter cette course. Faisant partie des favoris du Tour de France au même titre que son frère^[14], il doit cependant abandonner la grande boucle dès la 3^e étape à la suite d'une chute dans un secteur pavé où il se fracture une clavicule^[15]. Il participe enfin au Tour d'Espagne 2010, où il termine cinquième. Il termine seizième du classement mondial UCI pour la saison 2010^[16].

2011: blessure

En juin 2011, il conserve son titre de champion du Luxembourg sur route lorsque son frère Andy Schleck s'efface pour lui laisser la victoire^[17].

En juillet, il monte pour la première fois sur le podium du Tour de France derrière Cadel Evans et son frère Andy. Sélectionné pour les championnats du monde sur route, il chute et doit abandonner. Cette chute provoque la fin de sa saison^[18].

2012: Dopage, suspension d'un an et licenciement

Lors du Tour de France 2012, selon l'UCI il est contrôlé positif à un diurétique (la xipamide) après l'étape du 14 juillet^[19], ce qui sera confirmé par l'analyse de l'échantillon B^[20]. Il décide alors de lui-même de se retirer de la compétition. En janvier 2013, la fédération luxembourgeoise décide de le suspendre pour un an à compter du 14 juillet 2012. Il ne pourra donc pas prendre part au Tour de France 2013^[21]. Le 4 juillet, l'équipe Radioshack annonce qu'il ne sera pas conservé^[22].

2014 : retour après sa suspension pour dopage

Il reprend la saison 2014 en Australie au Tour Down Under où il se classe 31^e du classement général. Il dispute ensuite le Tour d'Oman, conclu par une 19^e place au classement général.

Sa rentrée en Europe se fait sur Paris-Nice. Il perd toute chance au classement général lors de la première étape où il est pris dans les bordures et concède plus d'une minute. Il se montre néanmoins à son aise sur la fin de semaine et lors de la dernière étape. Échappé avec un autre coureur à 25 km de l'arrivée, ils se font rattraper au dernier kilomètre. Néanmoins, il relance une offensive mais se fait battre sur la ligne. Il prend la sixième place de cette étape et termine 34^e du classement général. Il participe ensuite avec son frère Andy Schleck au Critérium international. Lors de la dernière étape, il finit quatrième et s'attribue la sixième place au classement général.

Il est aligné par son équipe au Tour du Pays basque avec son frère Andy. Il tombe malade au cours de la semaine et ne prend pas le départ du contre-la-montre final. Il aborde l'Amstel Gold Race en leader de son équipe mais ne peut suivre lors de l'accélération de Philippe Gilbert. Il termine 24^e. Malchanceux lors de la Flèche wallonne, il est pris dans une chute à un kilomètre de l'arrivée et perd toute chance de victoire alors qu'il se trouvait dans le groupe de tête. Dans Liège-Bastogne-Liège, il vise une place parmi les dix premiers, mais après un gros travail dans les 5 derniers kilomètres, il n'arrive pas à suivre les favoris dans la dernière montée vers Ans. Il finit 19^e, à 12 secondes du vainqueur Simon Gerrans. Le 30 mai, il reprend la course sur le critérium de Calais, où il prend la seconde place derrière John Gadret. Il est au départ du Tour de Luxembourg qu'il a remporté en 2009. Il est à plusieurs reprises à l'attaque, notamment lors de l'étape reine. Il termine à l'issue de la course à la neuvième place du classement général final. Il prend ensuite le départ du Tour de Suisse qu'il a remporté en 2010. Malheureusement pour lui, il est contraint à l'abandon après deux jours de course à la suite d'une chute survenue lors de la première étape en ligne. Il revient en forme pour son Championnat national où il est protégé tout comme son frère Andy. Grâce à un bon travail d'équipe, il s'impose devant Ben Gastauer et Andy Schleck.

Durant le Tour de France 2014, il est le leader de son équipe tout comme Haimar Zubeldia. Lors de la première semaine, il perd beaucoup de temps surtout dans la 5^e étape des pavés. Les premières étapes de montagne arrivent, ne plaçant aucune attaque il arrive cependant à en suivre de nombreuses d'entre elles. Se retrouvant dans le groupe maillot jaune d'une dizaine de coureurs à chaque étape des Alpes, et terminant respectivement 10^e et 7^e de ces étapes, il a montré qu'il était capable de suivre les tout meilleurs. Avec les défaillances de Richie Porte et de nombreux autres coureurs, il arrive à se hisser à la 14^e place du général. Lors de la 17^e étape arrivant au Plat d'Adet, il se glisse dans une échappée de 21 coureurs avec notamment le maillot à pois Rafał Majka et Bauke Mollema le dixième du général. Dans la montée finale, il ne peut suivre l'accélération du meilleur grimpeur mais s'accroche et termine 7^e de l'étape. Dans la dernière étape de montagne, il lâche du groupe de tête après quelques kilomètres de la montée d'Hautacam. Il finit cette étape avec Mollema, qui finira 10^e à Paris et Kangert équipier de Nibali. Dans la 20^e étape, un contre-la-montre, il termine 65^e et préserve sa 12^e place au général. Il achève donc son premier Tour de France après son retour de suspension à la 12^e place.

Durant le Critérium de Lisieux 2014, il finit à la 3^e place du classement général. Il s'aligne en septembre sur le Grand Prix de Wallonie, où il est échappé avec Jelle Vanendert, Jan Bakelants, Greg Van Avermaet, futur vainqueur de la course. Il termine huitième.

Schleck chute au cours de la Flèche wallonne 2016 et abandonne, atteint d'une fracture à la clavicule droite^[23]. En août 2016, il annonce qu'il quitte les pelotons professionnels et arrête sa carrière de coureur à la fin de la saison^[24].

Tour de France

9 participations

• 2006 : 10^e, vainqueur de la 15^e étape
• 2007 : 17^e
• 2008 : 5^e, maillot jaune durant deux jours
• 2009^[27] : 4^e, vainqueur de la 17^e étape
• 2010 : abandon (3^e étape)
• 2011 : 3^e
• 2012 : non-partant (16^e étape)
• 2014 : 12^e
• 2016 : 34^e

Tour d'Italie

2 participations

• 2005 : 42^e
• 2012 : abandon (15^e étape)

Tour d'Espagne

5 participations

• 2003 : abandon
• 2004 : 46^e
• 2009 : non-partant (11^e étape)
• 2010 : 4^{e[n 1],[25]}
• 2015 : 24^e, vainqueur de la 16^e étape