В 1791-м, на третий год революции, во Франции была установлена конституционная монархия. Потеряв абсолютную власть, Людовик XVI ещё мог остаться на троне, однако его связи с эмигрантами и иностранными государствами привели к окончательному свержению Бурбонов. Кроме того, он субсидировал аристократические газеты и содержал шпионов. В сентябре 1792-го во Франции провозгласили республику, после чего началась подготовка суда над бывшим королём.
В ноябре специальная комиссия представила Конвенту доклад, в котором Людовик (теперь — простой гражданин Луи Капет) обвинялся в подстрекательстве Пруссии и Австрии к нападению на Францию. 20 ноября был вскрыт секретный сейф, в котором нашлись новые документы, ещё больше компрометирующие Людовика. Король был уличён в тайных связях с Мирабо и другими деятелями революции. Обнаруженная переписка ускорила судебный процесс, начавшийся 10 декабря в парижском дворце Тюильри. Судил сам Конвент — высший орган власти. При этом особенно радикально настроенные лидеры общественного мнения предлагали вообще казнить Людовика без суда.

Защищали короля выдающиеся юристы Мальзерб (бывший министр двора, жертва якобинского террора), Тронше (будущий кодификатор законов) и Де Сез (будущий председатель кассационного суда). Людовик обвинялся в двусмысленном поведении, вредившем революции, предательстве нации, связях с иностранными державами. Защита оспаривала улики и обвиняла процесс в незаконности.
За исключением нескольких воздержавшихся Конвент признал виновность короля. Некоторые депутаты хотели обратиться с вопросом о судьбе Людовика к народу, однако эта апелляция была переголосована. Голосование о наказании продолжалась больше суток. Из 721 человек 361 проголосовал за смертную казнь. К ним присоединились ещё 26 (при условии рассмотрения вопроса отсрочки до принятия следующей конституции). Эта отсрочка была отклонена (310 — за, 380 — против). Некоторые депутаты мотивировали своё решение. «Я не признаю той гуманности, которая убивает народ и прощает деспотам», — заявил Робеспьер.
Казнь короля Людовика XVI
21 января 1793 года, за несколько часов до казни Людовика в парижском ресторане роялистом был убит депутат Конвента Лепелетье (он проголосовал за смертный приговор). Но саму казнь остановить не удалось. Сторонники Лепелетье прозвали его «первым мучеником революции. Также он оказался первым революционером, похороненным в Пантеоне.

В 1925 году стало известно о подробностях заговора с целью спасения Людовика XVI. Французский банкир Кутэ дал испанскому королю Бурбону кредит в 2 млн франков для подкупа депутатов Конвента. Завербованные должны были потребовать отсрочки суда и вынесения приговора по решению народа. Однако денег оказалось недостаточно, и заговор провалился.
Мария-Антуанетта: королева, разделившая незавидную участь супруга
Утром, в день казни, Людовик не пожелал видеться с семьей. Он причастился, передал членам муниципалитета своё завещание, а также отдал Мальзербу долг в 125 луидоров. У своего палача король спросил о судьбе Лаперуза, отправившегося в кругосветную экспедицию. В 11-м часу утра Людовик был обезглавлен на гильотине на площади Революции. Толпа встретила казнь криками: «Да здравствует республика!». Супруга короля Мария-Антуанетта была гильотинирована в октябре 1793 года.

Казнь Людовика XVI совершила удивительный переворот в сознании масс. Бурбоны лишились своего божественного ореола. Робеспьер писал: «Этот великий акт справедливости привёл в отчаяние аристократию, уничтожил веру в божественную природу монархии и основал республику». Точно так же были поражены королевские дома по всей Европе, после этого создавшие антифранцузскую коалицию.