François de Montmorency-Laval naquit le 30 avril 1623 à Montigny-sur-Avre. Il est le fils de Hugues de Montmorency-Laval, seigneur de Montigny, et de Michelle de Péricard. Il est un membre de la haute noblesse française. Apparentés au roi et ayant leurs entrées à la cour, les Montmorency sont dits « premiers barons du royaume ». Son père est un descendant du baron de Montmorency. François a six frères et sœurs.

François de Laval est baptisé le 30 avril 1623, dans l'église Saint-Martin de Montigny-sur-Avre, du nom de « l'apôtre des Indes », François Xavier, canonisé l'année précédente, en 1622, par le pape Grégoire XV. M^gr de Laval gardera toute sa vie une grande dévotion pour son glorieux patron et voudra même que ce dernier soit honoré au Canada comme le second saint patron du pays. Il a aussi une grande dévotion pour saint François d'Assise.

Adolescent, François de Laval fréquente le collège des Jésuites de La Flèche, nouvellement créé sous l'impulsion de Henri IV. Il y restera dix ans (1631–1641). À partir de 1641, il étudie la théologie au collège de Clermont (à Paris), autre institution des Jésuites. 

Il est ordonné prêtre le 1^er mai 1647 en la cathédrale d'Évreux par son oncle, Mgr de Péricard, évêque d'Évreux. Chanoine de la cathédrale d'Évreux, il est archidiacre d'Évreux de 1646 à 1653. 

L'attrait de François de Laval pour les missions est éveillé au cours de ses études au collège de La Flèche, où il rencontre un jésuite missionnaire de la première heure en Nouvelle-France, le père Énemond Massé, et où il a comme surveillant le père Gabriel Lallemant, futur martyr, que son zèle pousse vers la Nouvelle-France.

Un événement déclencheur survient en 1653 : la visite du père Alexandre de Rhodes au groupe de jeunes prêtres dont fait partie François de Laval depuis son ordination en 1647. Elle le marquera pour toujours et imprégnera profondément sa vie de prêtre et d'évêque.

La rencontre avec le père de Rhodes a lieu en février 1653. Arrivé à Paris le 27 janvier 1653, le père Alexandre de Rhodes est reçu à la cour et dans les milieux proches de la compagnie du Saint-Sacrement. C'est ainsi qu'il est invité par le groupe des « Bons Amis » du père Bagot, dont fait partie François de Laval, qui boivent ses paroles. À la suite d'un entretien donné au groupe, François de Laval et quelques amis s'offrent pour les missions d'Asie.

Dès le 7 mars 1653, sur proposition des pères Bagot et de Rhodes, François de Laval, archidiacre d'Évreux, François Pallu, chanoine de Saint Martin de Tours et Pierre Picques, bachelier en théologie de la faculté de Paris, sont choisis dans le groupe des jeunes prêtres pour aller dans les pays lointains, au Siam et au Tonkin comme vicaires apostoliques.

Pour Rome, le moment est venu de reprendre en main les missions confiées jusque-là au patronage des rois d'Espagne et du Portugal. C'est pourquoi la congrégation De Propaganda Fide, fondée en 1622, décide d'envoyer directement des évêques en pays de mission.

Pour ménager les susceptibilités royales, on ne créera pas de nouveaux diocèses pour ces évêques : on les nommera évêques « dans les régions infidèles », c'est-à-dire évêques d'un diocèse aujourd'hui occupé par des infidèles. Ces vicaires apostoliques seront chargés par le pape d'aller organiser le clergé local en Asie et en Amérique septentrionale.

Sur les conseils du père de Rhodes, Rome, après quelques hésitations, avait opté pour des candidats français. Le projet de nomination de François de Laval en Asie, au Tonkin plus précisément, va tarder pour diverses raisons, dont l'opposition des Portugais et la mort du pape Innocent X en 1655, ce qui permet à Louis XIV, le 26 janvier 1657, de proposer, à la demande des jésuites, que François de Laval soit nommé en Nouvelle‑France plutôt qu'au Tonkin.

François de Laval est nommé évêque de Pétrée en Jordanie le 11 avril 1658, son ami François Pallu, évêque d'Héliopolis le 29 juillet et Pierre Lambert de la Motte, évêque de Beyrouth le même jour à la place de Pierre Picques qui entre-temps avait pris la cure de St-Josse à Paris.

Un quatrième vicaire apostolique s'ajoutera en 1660, Ignace Cotolendi, qui mourra en route vers la Chine en 1662. L'évêque de Pétrée est nommé vicaire apostolique en Nouvelle-France, l'évêque d'Héliopolis au Tonkin et l'évêque de Béryte en Cochinchine. Les nouveaux vicaires apostoliques ainsi que quelques autres membres des « Bons Amis » signent le 1^er juillet 1658 une demande envoyée aux cardinaux de la congrégation où ils font valoir qu'« il y a en France plusieurs ecclésiastiques désireux de se consacrer à la conversion des infidèles et que, d'autre part, il est nécessaire pour la conservation et l'accroissement des missions de commencer au plus tôt dans le Canada, la Chine, le Tonkin et la Cochinchine, suivant l'ordre de Sa Sainteté et conformément aux décrets de vos Éminences ».

Le 8 décembre 1658, il est nommé vicaire apostolique de la Nouvelle-France et sacré évêque de Pétra dans la chapelle de la Vierge (aujourd'hui disparue) de l'église de l'abbaye de Saint-Germain-des-Prés à Paris.

Il arrive à Québec le 16 juin 1659, après avoir fait escale à Percé le 16 mai. Le vicaire apostolique profitera de ce passage pour célébrer sa première messe en Nouvelle-France et confirmer 140 personnes.

Dans la ligne du concile de Trente, qui s'est clôturé un siècle plus tôt en décembre 1563, il fonde la communauté des prêtres du Séminaire de Québec le 26 mars 1663 à laquelle il confie le Grand séminaire de Québec et en 1668, le Petit séminaire de Québec.

En 1665, il rattache le groupe au Séminaire des Missions étrangères de Paris et la communauté prend le nom de Séminaire des Missions étrangères établi à Québec sous le patronage de la Sainte-Famille. François de Laval les considère comme des missions et les prêtres qui les desservent comme des missionnaires. Il ne veut pas de cure fixe et inamovible. Il désire que son clergé soit mobile et disponible en tout temps pour le ministère.

Pour doter la communauté des prêtres du Séminaire de Québec des moyens financiers nécessaires à sa mission, il acquiert de 1664 à 1668 la seigneurie de Beaupré avec ses ressources personnelles. Dans le même but, il obtient du roi Louis XIV, en 1664, l'abbaye de Méobecq, dans le Berry, en France, et devient, à ce titre, prieur d'Esves-le-Moutier.

Comme abbé commendataire, il utilise les revenus de l'abbaye pour son vicariat apostolique avant d'être obligé de la supprimer en 1673 par lettre patente, conformément aux décrets du concile de Trente qui exige la présence physique des abbés dans leurs abbayes.

Il ouvre en 1668, comme on l'a dit plus haut, une résidence pour les futurs prêtres, le Petit séminaire de Québec, qui deviendra en 1765, après la conquête anglaise, un collège d'enseignement secondaire et collégial ouvert quise fera le promoteur du cours classique.

En 1674, le diocèse de Québec est créé par Clément X et il en devient le premier évêque. Son diocèse inclut tous les territoires français et les régions non explorées par les Européens en Amérique du Nord, à l'exception des colonies britanniques de Nouvelle-Angleterre et des colonies espagnoles de Floride, du Mexique et de Californie. Il couvre donc plus de la moitié du continent, de la baie d'Hudson jusqu'aux bayous de la Louisiane.

Pasteur infatigable, il fait quatre voyages en Nouvelle-France dans des conditions difficiles. Il parcourt aussi en canot, à pied, en raquettes, son vaste diocèse qui s'étend des rives du fleuve Saint-Laurent et de l'Acadie jusqu'au Mississippi, aujourd'hui aux États-Unis, pour visiter ses fidèles. Il porte une attention particulière aux membres des « Premières Nations », dont il défend la dignité en combattant les commerçants qui font le trafic d'alcool (eau-de-vie) pour les exploiter par la suite. Il va même jusqu'à les menacer d'excommunication.

Il est aussi gouverneur de la Nouvelle-France (à titre provisoire) à deux occasions : du 23 juillet au 15 août 1663 et du 9 mai 1682 au 9 octobre 1682.

En 1680, le 12 avril, au presbytère de St-Josse à Paris, il fait la donation de tous ses biens à la communauté des prêtres du Séminaire de Québec.

En 1684, il institue la fête de la Sainte-Famille (4 novembre).

En 1685, François de Laval démissionne de son poste d'évêque de Québec. Il rentre en France mais très vite demande au Roi l'autorisation de revenir dans son diocèse souhaitant y mourir au milieu de ses ouailles.

Après plusieurs refus, le roi Louis XIV accorde au vieux prélat la permission de terminer ses jours en Nouvelle-France. Il se retire alors au Séminaire de Québec et se met au service du nouvel évêque, Jean-Baptiste de La Croix de Chevrières de Saint-Vallier, qui lui succède en 1688.

Il meurt à Québec vingt ans plus tard, le 6 mai 1708. Il est déclaré bienheureux par le pape Jean-Paul II le 22 juin 1980 et canonisé par le pape François le 3 avril 2014.