Françoise Madeleine d'Orléans (13 oktober 1648 - 14 januari 1664) werd geboren in het kasteel van Saint Germain en Laye en was de jongste overlevende dochter van Gaston van Orléans en zijn tweede vrouw Marguerite van Lotharingen. Vanaf haar geboorte werd zij "Mademoiselle de Valois" genoemd. Zij was de lievelingszuster van La Grande Mademoiselle. Zij groeide op in het gezelschap van haar zusters in het kasteel van Blois. Onder invloed van haar tante Christine van vaderskant, Hertogin-Weduwe van Savoye, verlooft zij zich met haar volle neef Charles Emmanuel II, Hertog van Savoye.

Orléans trouwde met de hertog van Savoye bij volmacht in het Palais du Louvre op 4 maart 1663. Het paar ontmoette elkaar voor het eerst in Annecy op 3 april 1663, waar zij officieel in het huwelijk traden. De prinses met heimwee stierf spoedig kinderloos in het Koninklijk Paleis van Turijn op 15-jarige leeftijd. Zij werd begraven in de kathedraal van Turijn, waar zij vandaag rust. Haar man trouwde opnieuw met Marie Jeanne van Savoye met wie hij een zoon had.