Offisielt ble øygruppen oppdaget i 1873 under den østerriksk-ungarske polarekspedisjon ledet av Julius von Payer og Karl Weyprecht som var de første som gjennomførte landbasert utforskning og som også kartla deler av øygruppen. De oppkalte øyene etter keiser Frans Josef I av Østerrike-Ungarn. Formålet med ekspedisjonen var å finne Nordøstpassasjen og å utforske havområdene mot Nordpolen. Ekspedisjonen varte i 2 1/2 år. Ekspedisjonsskipet frøs fast i pakkisen nord for Novaja Semlja og drev nordover, men måtte forlates i mai 1874. Under store anstrengelser dro ekspedisjonsmedlemmene skipsbåtene sine over pakkisen før de nådde åpent vann og kunne krysse over til Novaja Zemlja. Her ble de reddet av russiske fiskere som brakte ekspedisjonsmedlemmene til Vardø. Ishavsskipperen Elling Carlsen fra Tromsø var den eneste norske deltakeren og var ekspedisjonens islos og harpunér.