Chủ yếu dựa trên cơ sở rằng Hiến chương Lambert không được tôn trọng, Pháp xâm chiếm Madagascar vào năm 1883, cuộc chiến được gọi là Chiến tranh Pháp-Hova lần thứ nhất. Đến cuối cuộc chiến, Madagascar nhượng đô thị cảng Antsiranana (Diego Suarez) ở phía bắc cho Pháp và trả 560.000 franc cho những người thừa kế của Lambert. Năm 1890, Anh Quốc chấp thuận đòi hỏi chính thức đầy đủ về một chế độ bảo hộ của Pháp trên đảo, song nhà cầm quyền Pháp không được chính phủ Madagascar công nhận. Để buộc chính phủ Madagascar đầu hàng, người Pháp bắn phá và chiếm cảng Toamasina trên bờ biển phía đông, và Mahajanga trên bờ biển phía tây, lần lượt vào tháng 12 năm 1894 và tháng 1 năm 1895. Một đội quân cơ động của Pháp sau đó hành quân hướng đến Antananarivo, để mất nhiều quân nhân do sốt rét và các bệnh khác. Quân tiếp viện của Pháp đến từ Algérie và châu Phi hạ Sahara. Khi đến thành phố vào tháng 9 năm 1895, đội quân này dùng pháo hạng nặng bắn phá vương cung, gây thương vong nặng nề và khiến Nữ vương Ranavalona III phải đầu hàng. Pháp sáp nhập Madagascar vào năm 1896 và tuyên bố đảo là một thuộc địa vào năm sau đó, bãi bỏ chế độ quân chủ Merina và đưa vương thất đi sống lưu vong trên đảo Réunion và đến Algérie. Một phong trào phản kháng kéo dài hai năm của người ban địa bị dập tắt trên thực tế vào cuối năm 1897.Dưới thời cai trị thực dân, các đồn điền được lập ra để sản xuất nhiều nông sản xuất khẩu. Chế độ nô lệ bị bãi bỏ vào năm 1896, song nhiều người trong số 500.000 nô lệ được giải phóng vẫn ở tại gia viên chủ nhân cũ trong thân phận đầy tớ. Các đại lộ trải nhựa rộng rãi và các tòa nhà hội họp được xây dựng tại thủ đô Antananarivo và tổ hợp cung Rova được chuyển thành một bảo tàng. Có thêm các trường học được xây dựng, đặc biệt là tại các khu vực nông thôn và duyên hải- những nơi chưa có trường dưới thời Merina. Giáo dục là bắt buộc trong độ tuổi từ 6 đến 13 và tập trung chủ yếu vào tiếng Pháp và các kỹ năng thực hành. Truyền thống của triều đình Merina về trả thuế dưới hình thức lao động vẫn tiếp tục dưới thời Pháp thuộc, những người này được sử dụng để xây dựng một tuyến đường sắt và các đường bộ kết nối các thành thị duyên hải chính yếu đến Antananarivo. Các quân nhân người Malagasy chiến đấu cho Pháp trong Chiến tranh thế giới thứ nhất. Trong thập niên 1930, các nhà tư tưởng chính trị của Đức Quốc xã phát triển kế hoạch Madagascar trên cơ sở các đề xuất trước đó từ Ba Lan và những nơi khác tại châu Âu mà theo đó xác định đảo là một địa điểm tiềm năng để trục xuất người Do Thái tại châu Âu. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, đảo là nơi diễn ra trận Madagascar giữa Chính phủ Vichy Pháp và Anh Quốc. Việc Pháp bị chiếm đóng trong Chiến tranh thế giới thứ hai làm hoen ố uy tín chính quyền thực dân tại Madagascar và kích động phong trào độc lập phát triển, dẫn đến Nổi dậy Malagasy vào năm 1947. Phong trào này khiến Pháp phải lập các thiết chế cải cách vào năm 1956 theo Loi Cadre (Đạo luật Cải cách Hải ngoại), và Madagascar chuyển dịch hướng đến độc lập một cách hòa bình. Cộng hòa Malagasy được tuyên bố vào ngày 14 tháng 10 năm 1958, với địa vị là một nước tự trị trong Cộng đồng Pháp. Một giai đoạn chính phủ lâm thời kết thúc bằng việc thông qua một bản hiến pháp vào năm 1959 và độc lập hoàn toàn vào ngày 26 tháng 6 năm 1960.