El sitio que se convertiría en la ciudad de Detroit fue establecido el 24 de julio de 1701 por Antoine de la mothe Cadillac, un líder militar y comerciante francés. Cadillac había viajado mucho por Nueva Francia y los Grandes Lagos occidentales y era el comandante del fuerte Michilimackinac en la unión de los lagos Hurón y Michigan.
En 1698, Cadillac regresó a Francia para solicitar al rey Luis XIV autorización para establecer un puesto de avanzada francés a lo largo de «le détroit» (el estrecho), la vía fluvial que conecta los lagos Erie y Hurón. En 1700, Cadillac logró convencer al ministro de marina del rey, Jérôme Phélypeaux Comte de Pontchartrain, de que autorizara una expedición para establecer no un puesto, sino un asentamiento. Cadillac esperaba adelantarse a los intentos de los británicos de ocupar una zona cercana, así como iniciar una colonia que pudiera sobrevivir en el rico suelo y las oportunidades de captura de pieles de la región.
El séquito de soldados, misioneros y colonos de Cadillac partió de Montreal el 5 de junio de 1701. La expedición viajó por el río Ottawa, a través del lago Nipissing, bajando por el río French hacia la bahía Georgiana, el lago Hurón, el río St. Clair, el lago St. Clair y, finalmente, el río Detroit, parando para pasar la noche en Grosse Ile el 23 de julio.
Al día siguiente, la flotilla de 25 barcos volvió río arriba. Eligieron la parte más estrecha del río, en un punto alto de la orilla norte, sin ninguna isla y, por tanto, fácil de defender, como lugar para el Fuerte Pontchartrain, en honor al ministro de marina francés que aprobó su viaje. El nombre completo, Fort Pontchartrain du détroit, dio nombre a Detroit. Dos días después, el 26 de julio, día de Santa Ana, comienzan a construir una capilla en su honor, la primera iglesia de Santa Ana. En septiembre llegaron las primeras mujeres, Madame Cadillac y Madame Tonty, la esposa del primer teniente de Cadillac.
Cadillac tenía autoridad para apropiarse y conceder tierras a los colonos. A partir de 1707, concedió fincas que se extendían dos o tres millas hacia el interior y que estaban dispuestas con una estrecha fachada al río. Estas parcelas de diseño único se conocían como «granjas de cinta», algunos de cuyos límites se identifican hoy en día por las calles que llevan el nombre de los colonos originales.
Se animó a los nativos americanos a establecerse alrededor del fuerte para la protección mutua y para facilitar el comercio de pieles. Cadillac incluso promovió los matrimonios mixtos entre hombres franceses y mujeres nativas americanas. Sin embargo, la mezcla de tribus no siempre fue pacífica y el crecimiento del asentamiento se vio frenado por la impopularidad de Cadillac. Cuando fue nombrado gobernador de Luisiana en 1710, la atención de su patrocinador, Pontchartrain, disminuyó.
Durante los siguientes 50 años, Detroit siguió siendo un pequeño asentamiento fronterizo formado por soldados, artesanos, tramperos, cazadores, agricultores y comerciantes con una economía centrada en el comercio de pieles y la agricultura. Todo el pueblo, incluyendo la empalizada, las calles y los edificios, ocupaba un área de sólo una manzana, delimitada por las actuales calles de Griswold, Fort, Shelby y Larned y era conocido como Fort Detroit, a partir de 1751. Detroit siguió siendo un asentamiento francés hasta la toma de posesión por parte de los británicos en 1760, tras la Guerra Francesa e India.