Fils illégitime de Pépin de Herstal, Charles s'évade de prison en 715 après la mort de son père et impose son autorité comme maire du palais d'Austrasie. En 719, après avoir vaincu Neustriens, Saxons, Frisons et Aquitains, il est maître incontesté du royaume franc, gouvernant sans jamais prendre le titre de roi. Pour financer sa cavalerie, il n'hésite pas à confisquer de vastes domaines à l'Église, une décision qui pèsera lourd dans les tensions entre pouvoir franc et clergé.

Son acte fondateur reste sa victoire du 25 octobre 732, entre Tours et Poitiers, où ses fantassins repoussent l'armée arabo-berbère d'Abd-el-Rahman venue piller le sanctuaire de Saint-Martin de Tours. La mort du chef ennemi au combat provoque la retraite des troupes musulmanes au-delà des Pyrénées. Cette victoire vaut à Charles le surnom de « Martel » — celui qui frappe comme un marteau d'armes — et la réputation de sauveur de la chrétienté. Le pape Grégoire III ira jusqu'à le qualifier de subregulus, presque roi, sollicitant son aide contre les Lombards.

Fils de Charles Martel, Pépin dit « le Bref » partage d'abord le pouvoir avec son frère Carloman Ier, qui se retire au monastère du Mont-Cassin en 747. Seul maître du royaume, Pépin entreprend de troquer son titre de maire du palais contre celui de roi. Il envoie une ambassade au pape Zacharie pour lui demander s'il convient que le titre royal appartienne à celui qui détient la réalité du pouvoir. La réponse favorable du pape lui permet de faire déposer le dernier roi mérovingien, Childéric III, en novembre 751 — celui-ci est tonsuré et enfermé dans un monastère.

Élu roi par les grands du royaume, Pépin instaure une innovation majeure : le sacre. En 754, le pape Étienne II se déplace en personne à la basilique de Saint-Denis pour oindre Pépin, son épouse Bertrade et leurs fils Charles et Carloman. En échange, par le traité de Quierzy, Pépin s'engage à restituer au pape les terres conquises sur les Lombards en Italie. Le concept de royauté de droit divin est scellé, et durera plus de mille ans dans l'Histoire de France.

À la mort de Pépin le Bref en 768, le royaume est partagé selon la coutume franque entre ses deux fils : Charles reçoit la périphérie du royaume (Austrasie, Neustrie occidentale, façade atlantique), tandis que Carloman hérite du cœur du territoire (Bourgogne, Alémanie, Provence, Septimanie) — un partage pensé pour équilibrer les deux frères plutôt que les opposer. La cohabitation tourne pourtant vite à la rivalité : en 769, Carloman refuse d'envoyer ses troupes soutenir Charles contre une révolte en Aquitaine, le laissant se débrouiller seul.

Les tensions s'aggravent lorsque Charles épouse une princesse lombarde pour s'assurer un allié contre son frère, que leur mère Bertrade avait pourtant tenté de réconcilier. Le conflit ouvert n'aura cependant jamais lieu : Carloman meurt subitement le 4 décembre 771, à seulement vingt ans, probablement d'une hémorragie nasale. Charles profite aussitôt de la situation pour se faire proclamer seul roi des Francs, poussant à l'exil la veuve de Carloman et ses jeunes fils, écartés de tout héritage — le royaume reste ainsi uni entre les mains de celui qui deviendra Charlemagne.

À la mort de Pépin en 768, le royaume est partagé entre ses deux fils, Charles et Carloman Ier. La mésentente entre les deux frères prend fin avec la mort prématurée de Carloman en 771, laissant Charles seul maître de l'héritage paternel. Devenu Charlemagne, il porte le royaume franc à une dimension impériale sans précédent : dix-huit campagnes contre les Saxons, soumission des Lombards, écrasement des Avars dont il pille l'immense trésor. Le 25 décembre 800, il est couronné Empereur d'Occident à Rome par le pape Léon III, devenant le chef temporel de la chrétienté occidentale.

Charlemagne n'est pas qu'un conquérant : sous l'impulsion du moine Alcuin, il ordonne en 789 l'ouverture d'écoles gratuites pour tous les enfants et favorise l'usage de la lettre caroline, base de notre écriture actuelle. Pour administrer son vaste empire, il crée les missi dominici, envoyés chargés de surveiller les comtes locaux. Paradoxalement, ce protecteur des lettres, qui parlait latin et grec, ne parvint jamais à maîtriser l'écriture. Il meurt à Aix-la-Chapelle en 814, laissant un empire unifié qui préfigure l'Europe moderne.

Seul fils survivant de Charlemagne, Louis dit « le Pieux » ou « le Débonnaire » est couronné co-empereur en 813, un an avant la mort de son père. Dépourvu du prestige militaire de Charlemagne, il peine à s'imposer face à l'aristocratie. Pour préserver l'unité de l'empire, il promulgue en 817 l'Ordinatio Imperii, qui prévoit un partage inédit : son fils aîné Lothaire hérite du titre impérial, tandis que ses cadets reçoivent des royaumes subordonnés.

Ce fragile équilibre vole en éclats à la naissance d'un quatrième fils, Charles, issu d'un second mariage, déclenchant une série de guerres civiles entre le père et ses fils. À la mort de Louis le Pieux en 840, les frères survivants se disputent l'héritage les armes à la main — une lutte qui aboutira, trois ans plus tard, au démembrement de l'empire de Charlemagne.

Fils cadet de Louis le Pieux, Charles s'allie en 842 à son frère Louis le Germanique contre leur aîné Lothaire lors des célèbres Serments de Strasbourg — premier texte officiel délaissant le latin pour les langues populaires, ancêtres du français et de l'allemand. En août 843, le traité de Verdun consacre le démembrement de l'empire de Charlemagne en trois royaumes : Charles, devenu « le Chauve », reçoit la Francie occidentale, future France.

Son règne doit faire face à l'affaiblissement du pouvoir central et aux raids dévastateurs des Vikings. En 877, avant de partir secourir le pape, il promulgue le capitulaire de Quierzy : en cas de décès d'un comte au combat, sa charge et son domaine sont transmis à son fils. Conçue comme une mesure temporaire, cette décision consacre dans les faits l'hérédité des fiefs, amorçant le morcellement du royaume en principautés féodales autonomes.

À la fin du IXe siècle, la dynastie carolingienne s'enfonce dans une crise de légitimité. En 885, les Vikings remontent la Seine et assiègent Paris pour la quatrième fois. Pendant de longs mois, le comte Eudes résiste héroïquement en attendant les troupes de secours de Charles le Gros. Mais lorsque ce dernier arrive enfin sous les murs de Paris à l'automne 886, il refuse de livrer bataille et préfère acheter le départ des envahisseurs, tout en les autorisant à aller piller la Bourgogne.

Cette capitulation ruine définitivement son prestige auprès des grands seigneurs. À sa mort en 888, les nobles du royaume écartent le jeune héritier carolingien légitime pour élire sur le trône le vaillant défenseur de Paris, le comte Eudes — la première fois qu'un non-Carolingien s'empare de la couronne.

Après la mort du roi Eudes en 898, le pouvoir revient au Carolingien légitime, Charles, surnommé « le Simple » au sens de sincère ou direct. Le chef normand Rollon s'était solidement établi dans la région de Rouen, d'où il menait des incursions dévastatrices. En 911, les troupes royales infligent une lourde défaite à Rollon devant Chartres, une victoire qui ouvre la voie à une négociation pragmatique.

À l'automne 911, les deux hommes signent le traité de Saint-Clair-sur-Epte : Rollon s'engage à cesser ses pillages, à prêter serment de fidélité au roi et à se convertir au christianisme. En échange, Charles le Simple lui cède l'autorité sur les territoires de Rouen, d'Évreux et de Lisieux, lui reconnaissant le titre de duc de Normandie. Cette décision intègre définitivement les hommes du Nord au royaume de France et referme, avec l'usure du pouvoir royal face à la féodalité, l'épopée carolingienne qui laissera bientôt place à une nouvelle dynastie : les Capétiens.