Frankenberger studierte von 1987 bis 92 Zahnheilkunde an der Universität Erlangen-Nürnberg. 1992 absolvierte er sein Staatsexamen und wurde approbiert. Nach dem Grundwehrdienst als Stabsarzt in Neubrandenburg und Neuburg/Donau (1993-94) begann er eine Tätigkeit als wissenschaftlicher Assistent an der Poliklinik für Zahnerhaltung und Parodontologie am Universitätsklinikum Erlangen. 1999 wurde er Visiting Assistant Professor an der University of North Carolina at Chapel Hill, USA. Im Jahr 2000 erlangte er die Habilitation und Venia legendi und wurde zum Privatdozent und Oberarzt ernannt, ein Jahr später zum Akademischen Rat. 2006 erfolgte die Ernennung zum apl. Professor an der Universität Erlangen-Nürnberg. 2008 wurde er Professor h. c. der Stomatologischen Staatsakademie Krasnojarsk, Russland. 2009 nahm Frankenberger den Ruf auf den Lehrstuhl für Zahnerhaltung an der Universität Marburg an. Er ist seitdem Direktor der Abteilung für Zahnerhaltungskunde am Medizinischen Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde (ZMK) der Philipps-Universität Marburg und des Universitätsklinikums Gießen und Marburg. 2012-15 war er geschäftsführender Direktor des Medizinischen Zentrums für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Universität Marburg.

Seit der Abkehr vom dentalen Amalgam erfuhren die Biomaterialien Komposit und Keramik eine deutliche Aufwertung. Sie erlauben es dem Zahnarzt, unsichtbare und damit ästhetische Restaurationen anzufertigen. Dies setzt in den meisten Fällen eine klebende Verbindung zum Zahn voraus. Daraus entstand das Gebiet der adhäsiven Zahnmedizin. Frankenberger hat zu diesem Thema neben zwei Lehrbüchern auch wissenschaftlich publiziert. Erste Vorarbeiten Ende der 1990er Jahre führten zur Habilitation mit dem Thema „Kompositrestaurationen im Seitenzahnbereich unter besonderer Berücksichtigung der Dentinhaftung“, die mit dem höchsten Preis der deutschen Zahnmedizin (Miller-Preis) ausgezeichnet wurde.

Seit den 2000er-Jahren war der wissenschaftliche Fokus die Vorhersagbarkeit klinischer Resultate durch präklinische Laborarbeiten. Eine maßgebliche Arbeit zu diesem Thema wurde mit dem Walkhoff-Preis der Deutschen Gesellschaft für Zahnerhaltung prämiert. Mikro- und ultramorphologische Arbeiten zum Komposit-Dentin- und Komposit-Schmelz-Verbund dienten dem Verständnis der mikroretentiven Natur adhäsiver Restaurationen. Simultan wurden mehrere klinische Studien mit identischen Materialien auf den Weg gebracht, um die Qualität der Vorhersagbarkeit aus dem Labor zu validieren. Eine weitere klinische Studie belegte den erheblichen Einfluss des Behandlers auf das klinische Resultat. Studien zur Reparabilität adhäsiver Restaurationen ergänzten das Bild. Neuere Untersuchungen Frankenbergers beschäftigen sich mit Biofilmen und deren Rolle bei der Entstehung von Sekundärkaries, mit modernen CAD/CAM-Materialien, postendodontischen Restaurationen sowie ausgewählten klinischen Problemen in der Kinderzahnheilkunde. Frankenberger ist Ad-hoc-Reviewer für über 40 wissenschaftliche Journale sowie Mitglied in zahlreichen Editorial Boards einschlägiger Fachjournals. Er ist Chefredakteur der „Quintessenz“ und Editor-in-Chief des „Journal of Adhesive Dentistry“.