Frank Bartleman nació el 14 de diciembre de 1871, en una granja cerca de Carversville, Pensilvania. Hijo de un inmigrante católico alemán y de una madre cuáquera de origen inglés y galés, creció enfermo y pobre, trabajando en la granja de sus padres desde niño. A los diecisiete años, se mudó a Filadelfia en busca de otro camino.
Se convirtió el 15 de octubre de 1893, en la Grace Baptist Church de Filadelfia. Su pastor, Russell Conwell, fundador de la Temple University, le ofreció una beca para estudiar en la universidad, pero Bartleman la rechazó, diciendo que había elegido las calles y los tugurios como su púlpito.
En febrero de 1897 se unió al Ejército de Salvación, pero dejó la corporación meses después por no ver fruto en el trabajo. En los años siguientes, pasó por misiones urbanas e iglesias holiness sin fijarse nunca por mucho tiempo en un solo lugar; esa inquietud marcaría los treinta y nueve años siguientes de ministerio itinerante, hasta su muerte en 1936. La vida errante cobraba un precio: en un segundo viaje de predicación por el sur de los Estados Unidos, en 1899, llegó a estar tan desanimado que llegó a pensar en quitarse la vida.
En 1900 se casó con Anna Ladd, con quien tuvo cuatro hijos; la primera, Esther, murió siendo aún recién nacida. La familia vivió años de pobreza severa en California, un costo humano raramente recordado junto a la fama del avivamiento.
En 1906, Bartleman comenzó a frecuentar las reuniones de oración lideradas por William J. Seymour, preludio del avivamiento de la calle Azusa. Mantuvo un diario detallado y envió cartas regulares a periódicos holiness repartidos por los Estados Unidos y Europa, convirtiéndose en el cronista más leído de los acontecimientos.
Sus relatos registraron algo poco común para la época: blancos y negros orando juntos sin distinción, en un templo sencillo de la ciudad. Bartleman escribió que allí la línea del color había sido lavada en la sangre, un testimonio de unidad racial que la historiografía pentecostal preserva hasta hoy.
Su franqueza también tenía un costo: publicó con abundancia de detalles las disputas doctrinales entre líderes del avivamiento, como el desacuerdo entre Seymour y William Durham sobre la llamada obra consumada, lo que algunos contemporáneos consideraron una indiscreción de periodista. Su pluma no perdonaba glorias ni desavenencias, dejando un registro más crudo que pulido.
En los años siguientes, viajó como misionero sostenido solo por la fe: entre 1910 y 1911 dio la vuelta al mundo, pasando también por Asia, dejando a la familia en Los Ángeles; entre 1912 y 1914 hizo una segunda gira, esta vez por Europa, ya acompañado de su familia, en los años que precedieron a la Primera Guerra Mundial. En los años finales de su vida, reveló desilusión con los rumbos del movimiento pentecostal organizado, lamentando que las verdades que habían dado origen al avivamiento pasaran a ser vistas como demasiado radicales incluso dentro de las propias iglesias pentecostales.
Escribió los libros que consolidarían su obra, entre ellos How Pentecost Came to Los Angeles, de 1925. Murió el 23 de agosto de 1936, en Los Ángeles, a los 64 años, y fue sepultado en el Valhalla Memorial Park, en Burbank, California.