Se casó por poderes con su primo hermano, Carlos Manuel II de Saboya, a quien conoció personalmente el 3 de abril de 1663 en Annecy, donde al poco tiempo se casaron oficialmente.[1] La pareja viajó a Turín, capital del ducado de Saboya, donde llegaron el 15 de junio de 1663.
La princesa extrañaba su hogar. Enfermó y murió en el Palacio Real de Turín siete meses más tarde, a la edad de 15 años, sin descendencia. Fue enterrada en la catedral de Turín, donde descansa hoy en día. Su esposo estaba inconsolable con su muerte y ordenó un funeral de lujo. Después de la muerte de Francisca Magdalena, su viudo se casaría de nuevo con María Juana Bautista de Saboya-Nemours.
↑Sackville-West, Vita : Daughter of France:The life of Anne Marie Louise d'Orléans, duchesse de Montpensier 1627-1693, Michael Joseph, London, 1959, p 354