Der sportliche Schwerpunkt von Francis Mourey lag beim Cyclocross. Er wurde 2001 und 2002 französischer Meister in der U23-Klasse, 2005 gewann er erstmals den nationalen Titel in der Elite. Bis 2016 kamen weitere acht nationaleTitel dazu. Auf nationaler Ebene gewann er von 2004 bis 2016 elfmal in Folge die französische Rennserie im Cyclocross (Challenge de la France, ab 2015 Coupe de France). Seinen größten internationalen Erfolg feierte er bei den Cyclocross-Weltmeisterschaften 2006 in Zeddam, wo er zwei Sekunden hinter dem Sieger Erwin Vervecken Dritter wurde und sich somit die Bronzemedaille sicherte. Im Weltcup konnte er 2006 in Treviso und 2013 in Namur jeweils einen Lauf gewinnen, insgesamt beendete er dreimal eine Weltcup-Saison als Fünfter der Gesamtwertung.
Neben seinem Engagement im Cyclocross bekam Mourey 2004 einen Profivertrag bei dem Straßenradsport-Team fdjeux.com, bei dem er zwölf Jahre blieb. Dort konnte er im selben Jahr eine Etappe der Route du Sud gewinnen. Mit dem Team nahm er insgesamt achtmal an einer Grand Tour teil. Bestes Ergebnis in der Gesamtwertung war der 20. Platz beim Giro d’Italia 2013, womit er bestplatzierter Fahrer seines Teams war. Die Saison 2013 war gleichzeitig auch seine beste, in der er mit dem Gewinn des EintagesrennensTro Bro Leon seinen größten Erfolg auf der Straße erzielte.
Nachdem Mourey ab 2018 nur im Cyclocross an den Start gegangen war, beendete er nach der Cyclocross-Saison 2018/2019 – nach dem nochmaligen Gesamtsieg im Coupe de France – im Alter von 39 Jahren seine Karriere als Radrennfahrer.
Erfolge
Cyclocross
2000/2001
Französischer Meister (U23)
2001/2002
Französischer Meister (U23)
Gesamtwertung Challenge de la France cycliste (U23)