Frans I, et medlem av Huset Valois, ble født i Cognac, Charente, som sønn av Karl av Angoulême (1459–1496), og Louise av Savoie (1476–1531). Hans far var fetter av kong Ludvig XII av Frankrike. I 1498 fikk den fire år gamle Frans, da allerede hertug av Angoulême, tittelen hertug av Valois. Han var utsett som arvingen til Ludvig XII, som ikke selv hadde maktet å avle en sønn med noen av sine tre hustruer. Unge Frans ble, etter påtrykk fra kongen, forlovet i 1506 og den 18. mai 1514 gift med Claude av Frankrike (1499–1524), datter av Ludvig XII og Anne av Bretagne og arvingen av Bretagne. Ettersom salisk lov da slo fast at ingen kvinne kunne arve Frankrikes trone, ble tronen gitt videre til Frans I ved Ludvig XIIs død. Grunnen var at han var etterkommer av den eldste overlevende mannlige linje av Huset Capet. Claude av Frankrike ble dronning.