Король Франциск I, правивший Францией с 1515 по 1547 год, оставил, пожалуй, наиболее значимый след в истории луарской долины. Именно он пригласил из Италии знаменитого художника эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, который через Альпы переехал на муле в Луарскую долину и поселился в имении Кло-Люсе, что неподалеку от королевского замка Амбуаз. Его дом был соединен с замком подземной галереей. Дом Леонардо сохранился, теперь в нем музей художника, в котором собраны модели, выполненные по чертежам Леонардо. В музее находится самая большая коллекция удивительных машин великого мастера. По просьбе короля Франциска Леонардо занимался постройкой канала возле замка. Во Францию художник привез три свои работы, одной из которых была знаменитая «Джоконда». На Луаре Леонардо провел последние три года жизни, продолжая работать над чертежами изобретенных им летательных аппаратов, подводных лодок и разводных мостов, устраивая на придворных праздниках фейерверки и иллюминации и приводя в ужас гостей демонстрацией изобретенных им стреляющих и движущихся машин. Свободное время Леонардо проводил в философских беседах с королем Франциском, который страстно любил искусство и пригласил во Францию не только Леонардо, но и знаменитого скульптора Бенвенуто Челлини.

Король Франциск повелел построить в Луарской долине гигантский охотничий замок Шамбор — без сомнения, наиболее впечатляющий из всех луарских замков. Над проектом замка сначала работал Леонардо да Винчи, но он умер, не успев его осуществить. В Шамборе в течение года можно каждую ночь ночевать в новой комнате: в замке их столько же, сколько дней в году — 365! Франциск I настолько любил свой Шамбор, что не жалел на его строительство никаких средств. Хотя для того, чтобы заплатить выкуп за двух своих сыновей, которых испанский король держал в качестве заложников, у Франциска не нашлось денег, и королевские сыновья четыре года просидели в тюрьме.

Многоярусная крыша замка покрыта темным шифером, который подчеркивает белизну стен; на ней множество длинных фигурных каминных труб, украшенных гербами и фигурами рыцарей, и многоярусных башен-«фонарей». С площадок крыши королевские гости когда-то наблюдали за военными парадами и рыцарскими турнирами, которые проходили перед замком.

Совершенно необычен по своей красоте «женский» замок-мост Шенонсо, который словно перешагивает через приток Луары, реку Шер, связывая собою два берега. Замок стоит на искусственно созданном островке, возведенном на основании старой мельницы, а затем переходит в двухэтажный мост из жилых комнат, который возвышается над рекой на пяти пролетах. Этот замок когда-то принадлежал воспитательнице, а впоследствии фаворитке будущего короля Генриха II Диане де Пуатье, которая была старше короля на двадцать лет. Построен был замок одним из придворных короля, но Диана убедила Генриха II в том, чтобы замок был продан ей. После гибели Генриха II на турнире замок перешел к вдове короля Екатерине Медичи. В XVIII веке здесь жил знаменитый писатель Жан-Жак Руссо. А сейчас в замке Шенонсо находится музей восковых фигур, которые воспроизводят многие сцены из жизни замка.