Madeleine được sinh ra tại Saint-Germain-en-Laye ở Pháp, là người con thứ 5 và là con gái thứ 3 của Vua François I của Pháp. Mẹ bà là Vương hậu Claude, con gái lớn của Vua Louis XII của Pháp và Anna I xứ Breizh, do đó Claude vừa là Vương hậu lại vừa mang tước hiệu Nữ Công tước của Breizh kế thừa từ mẹ.

Từ khi sinh ra Madeleine vốn đã yếu ớt, bà lớn lên ở vùng thung lũng Loire ấm áp và ôn hòa của Pháp thay vì ở Paris, vì Quốc vương François sợ rằng cái lạnh sẽ phá hủy sức khỏe mỏng manh của bà. Cùng với em gái Marguerite, bà may mắn được người bác ruột của mình, Marguerite xứ Angoulême, là chị gái bố ruột nuôi dưỡng và tiến hành giáo dục. Điều này kéo dài cho đến khi cha bà tái hôn và người vợ mới, Leonor của Castilla, thì họ mới đón bà về nhà riêng[1]. Lớn lên khó khăn như vậy, trước khi sinh nhật thứ 16 tuổi, vương nữ Madeleine bắt đầu có biểu hiện bị mắc bệnh lao, một loại bệnh nan y vào thời điểm ấy.

Ba năm trước khi Madeleine ra đời, Hiệp ước Rouen của Pháp được thành lập để củng cố Liên minh Auld sau thất bại của Scotland tại Trận Flodden. Một cuộc hôn nhân với một Vương nữ Pháp cho Quốc vương Scotland là James V, đây là một trong những điều khoản của hiệp ước này. Vì vậy vào tháng 4 năm 1530, John Stewart, Công tước xứ Albany, được bổ nhiệm làm ủy viên để hoàn tất cuộc hôn nhân giữa James V và Công chúa Madeleine[2].

Tuy nhiên, vì Madeleine không có sức khỏe tốt, một quý công nương người Pháp khác, Marie của Bourbon đã được đề xuất. Marie xứ Bourbon sẽ được tặng của hồi môn như thể cô là con gái của Quốc vương Pháp.