En 1541, le roi François Ier confie à Jean-François La Rocque sieur de Roberval le commandement de la troisième expédition au Canada. Jacques Cartier est nommé navigateur de l’expédition.

La mission de Roberval est définie comme suit : fonder une colonie, ériger des églises, construire des villes fortifiées. Un subside de 45 mille livres est octroyé à Roberval qui affrète et arme trois navires : la Valentine, l’Anne et la Lèchefraye avec un équipage de 200 marins.

Même si l’expédition est composée de quelques gentilshommes, la plus grande partie de l’équipage sont des criminels qui ont obtenu une chance d’être libérés de prison en échange de partir fonder la colonie.

Le 15 janvier 1541, selon l’historien Gustave Lanctot, François Ier signe la commission qui marque la naissance de la colonisation française du nouveau continent.

Jacques Cartier part en mai 1541, alors que Roberval part en avril 1542. La rencontre entre Cartier et de Roberval a lieu dans le port de St. John’s à Terre-Neuve le 8 juin 1842 et n’a rien d’agréable : Cartier cache à Roberval la découverte de pierres qu’il considère précieuses (en réalité ce sont des minerais sans grande valeur), Roberval donne à Cartier l’ordre de le suivre, mais Cartier refuse et retourne en France.

Roberval continue donc l’exploration avec ces trois vaisseaux. La traversée du golfe et d’une partie du fleuve Saint-Laurent se font sans incident, même si Roberval abandonne la seule femme de l’expédition, la demoiselle Marguerite de La Roque (une parente de Roberval, mais son nom s’écrit sans « c »), sur une île avec son amant. Toute cette histoire de la « parente », son amant et l’abandon est tellement confuse que personne ne sait ce qui s’est passé en réalité.

Roberval établit son siège à Charlesbourg-Royal, au Cap-Rouge, où Cartier avait construit le premier fort. La colonie reçoit le nom de France Roy.

André Thevet constate dans sa Cosmographie qu’une forte maison fut construite et qu’une autre fut commencée au bord d’une rivière nommée en langue des barbares le pays Sinagua. On pense que le « Pays Sinagua », c’est le Saguenay.

Les Français passent un hiver terrible à Charlesbourg et entreprennent au printemps un voyage, remontant jusqu’aux rapides de Lachine et Hochelaga. Le pilote Jean Alphonse de Saintonge explore la rivière des Outaouais, jamais atteinte par les Français auparavant. De Saintonge arrive également jusqu’au détroit de Davis, porte d’entrée du passage du Nord-Ouest, mais les glaces lui font rebrousser chemin.

Tout comme Cartier, Roberval croit trouver des pierres précieuses et de l’or, mais en France les chimistes démontrent que ce ne sont que de la pyrite (sulfure de fer) et du mica.

Un navire sombre avec les officiers Noirefontaine et Le Vasseur.

André Thevet affirme que Roberval commanda l’expédition d’une main de fer. Il fit pendre un certain nombre de matelots et en fit fouetter bien d’autres pour insubordination.

Désespéré, Roberval envoya en France un navire avec Sauveterre et Guignecourt, appellant le roi à son secours. Le Roi François Ier, envoie des vaisseaux pour récupérer les survivants. Selon certains historiens, c’est Jacques Cartier qui dirige cette expédition de secours.

L’été 1543, soixante-dix survivants de l’expédition de Roberval, initialement composée de deux cents hommes, mais décimée par la famine, le scorbut, les émeutes et les punitions, retournent en France. Aucun gisement d’or n’a été trouvé, ni le passage du Nord-Ouest vers l’Asie. C’est un échec total. Les projets de colonisation du Canada seront arrêtés jusqu’à ce que Pierre Du Gua de Monts et Samuel de Champlain retentent à nouveau l’aventure beaucoup plus tard.