Vrancken ditahbiskan menjadi imam pada 13 Juni 1829. Ia berkarya di sejumlah paroki di Limburg, Belanda. Pada tahun 1838, ia ditunjuk sebagai dekan di Sittard. Sebagai dekan, ia melakukan promosi terkait pembentukan biar di Limburg oleh Ordo Ursulin.
Setelah Grooff wafat pada 29 April 1852, secara kanonik Vrancken otomatis melanjutkan kepemimpinan di Batavia sebagai Vikaris Apostolik. Selama di Hindia Belanda, Brancken juga mempromosikan karya Suster Ursulin di Hindia Belanda. Ia juga hadir sebagai Bapa Konsili dalam Konsili Vatikan I. Selama berkarya di Hindia Belanda, Vrancken mengakui adanya kesulitan dalam mewartakan ajaran agama Katolik di kalangan suku Jawa.[1] Di Batavia, Vrancken bersama beberapa orang lainnya mendirikan panti asuhan Dana Bantuan Santo Vincentius a Paulo di Batavia (kini bernama Perhimpunan Vincentius Jakarta) pada 29 Agustus 1855.[2][3] Ia juga memiliki pemikiran untuk pendirian seminari sebagai lembaga pendidikan dengan skala kecil untuk kaum pribumi, agar mereka dapat menjadi seorang imam. Ia meyakini bahwa memiliki imam dari kalangan pribumi adalah hal penting dalam pengembangan misi di Hindia Belanda saat itu. Hal ini akhirnya tidak dapat terwujud karena kurangnya dana dan personalia.[4] Pada masa kepemimpinannya, Vrancken turut mengundang berbagai ordo dan kongregasi untuk datang ke Hindia Belanda dan melakukan karya dalam bidang pendidikan dan rumah sakit.
Vrancken kembali ke Belanda secara rutin karena mengalami masalah dengan kesehatannya yang hidup di iklim tropis. Pada tahun 1874, dokter yang menangani Vrancken menganggap ia tidak mampu melakukan perjalanan kembali ke Hindia Belanda. Ia resmi pensiun dari tugasnya sebagai Vikaris Apostolik Batavia pada 28 Mei 1874. Sejak 16 Juni 1874, ia diangkat menjadi Uskup Agung Tituler Antalya di Pamfilia.
