Az előző alfejezetben bemutatott 15–18. századi hanyatlás következtében Kambodzsa a 19. század közepére Sziám és Vietnám közötti ütközőzónává vált: a királyi hatalom meggyengült, a tartományok egy része idegen ellenőrzés alá került, és a kambodzsai udvar fennmaradása gyakran külső támogatóktól függött. A francia protektorátus 1863-as kialakulása ezt a törékeny helyzetet használta ki, és egyszerre jelentett kambodzsai reményt a szomszédos nyomással szemben, illetve egy új, immár európai gyarmati ellenőrzés kezdetét. A protektorátus jogi formája elvileg megőrizte a khmer királyság belső autonómiáját, de a tényleges francia gyakorlat néhány évtized alatt szinte teljesen átalakította a királyi hatalom működését, az igazgatást és a társadalom széles rétegeinek életét.
A francia érdeklődés Kambodzsa iránt szorosan összefüggött a dél-vietnami terjeszkedéssel. A franciák 1859-ben elfoglalták Saigont, 1862-ben pedig megszerezték a hat dél-vietnami tartományt, amelyből Kohin-kína (Cochinchine) gyarmata létrejött. Innen a Mekong folyó mentén reméltek utat találni Kína felé, és Kambodzsa stratégiai jelentőséget kapott. A khmer udvarban ekkor Norodom király (Norodom) uralkodott, aki 1860-ban lépett trónra. Hatalma azonban gyenge volt: féltestvére, Szi Votha (Si Votha) lázadást szított, a sziámi befolyás erős volt, és a királyi udvar a sziámi érdekeket szolgáló Ong Duong (Ang Duong) király halála után átmeneti válságot élt át. Norodom trónra lépését Sziám is támogatta, de ugyanakkor adófizetésre kötelezte Kambodzsát.
A francia hajóraj 1863 nyarán, Pierre-Paul de La Grandière tengernagy vezetésével bemutatót tartott a kambodzsai partoknál. A nyomásgyakorlás hatására Norodom 1863. augusztus 11-én aláírta a protektorátusi szerződést, amely Franciaországot Kambodzsa védelmezőjévé tette. A szerződés értelmében a király elfogadta a francia védelmet, beleegyezett, hogy külkapcsolatait Franciaország irányítja, engedélyezte francia rezidens állomásoztatását, és szabad vallásgyakorlatot biztosított a francia állampolgároknak. Az aláírást sziámi tiltakozás követte, mert Sziám magát tekintette Kambodzsa hűbérurának, de a francia katonai fölény és a diplomáciai tárgyalások 1867-re rendezték a helyzetet. Az 1867-es francia–sziámi szerződésben Sziám elismerte a francia protektorátust Kambodzsa felett, cserébe Franciaország lemondott a korábban sziámi befolyás alatt álló nyugati kambodzsai tartományokról: Battambang, Sziemreap (Siem Reap) és Sziszophon (Sisophon) területeiről. Ez a területi engedmény hosszú időre csökkentette a kambodzsai királyság területét, és a khmer emlékezetben később a gyarmati korszak árulásaként rögzült.
A protektorátus első két évtizedében a francia jelenlét korlátozott maradt; a rezidens elsősorban a külügyeket és a francia állampolgárok ügyeit felügyelte, a belső igazgatás nagyobb részt a királyi adminisztráció kezében maradt. Ez a helyzet azonban nem felelt meg a gyarmati bürokrácia terjeszkedési logikájának. 1884 júniusában, Jules Ferry francia miniszterelnök utasítására, a francia hatóságok új egyezményt kényszerítettek ki Norodom királytól. A dokumentum a királyi hatalom radikális korlátozását írta elő: a király engedélye nélkül nem hozhatott törvényt, az adókat a francia hatóságok ellenőrzése alá helyezték, a kambodzsai adminisztrációt francia tanácsadók felügyelete alá rendelték, és a tartományi vezetőket is a rezidens javaslatára nevezték ki. Norodom kezdetben vonakodott aláírni, de a francia katonai nyomásnak engedett. A szerződés pontos dátumát a források eltérően adják meg; a legtöbb szakmunka 1884. június 17-ét említi.
Az új egyezmény ellen széles körű felkelés tört ki 1885 elején. A lázadás vezetői között a királyi család tagjai, így Szi Votha herceg is szerepeltek; a résztvevők között parasztok, buddhista szerzetesek és helyi tisztségviselők egyaránt voltak. A felkelés hátterében az adóterhek, a francia beavatkozás elleni ellenállás és a királyi hatalom megmentésének reménye állt. A francia gyarmati hadsereg két év alatt, gyakran igen brutális eszközökkel verte le a mozgalmat. A katonai műveletek során egész falvakat pusztítottak el, és a résztvevőket tömegesen végezték ki vagy deportálták. Az áldozatok számára a történetírás nem ad megbízható becslést, mivel a francia jelentések gyakran alulbecsülték a veszteségeket, a khmer források pedig a későbbi nemzeti narratívában idealizálták a felkelést. A felkelés leverése után a francia hatóságok formálisan visszavonták az 1884-es egyezmény néhány legradikálisabb rendelkezését, de a gyakorlatban a királyi hatalom soha többé nem nyerte vissza korábbi súlyát. Norodom uralkodása a francia igazgatás fokozatos térnyerésének időszaka lett.
1887-ben Franciaország létrehozta az Indokínai Uniót (Union indochinoise), amelybe Kambodzsa, Annam, Tonkin és Kohin-kína tartozott; Laosz csak 1893-ban csatlakozott. Az unió élén a francia főkormányzó (gouverneur général) állt, aki Hanoiban székelt, és a párizsi gyarmatügyi minisztérium alá tartozott. A főkormányzó felügyelte a protektorátusok és gyarmat közös költségvetését, vámszabályait, közmunkáit és katonai ügyeit. Kambodzsa a francia Indokína egyik periférikus tagja lett: gazdasági jelentősége a kezdeti évtizedekben messze elmaradt a vietnámi területekétől, de stratégiai szerepe a Mekong és a Tonlé Sap (Tonie Sap) vízrendszer miatt fontos maradt.
A protektorátus jogi helyzete eltért a közvetlen gyarmatként kormányzott Kohin-kínáétól. Kambodzsa formálisan megőrizte királyát, kormányát és törvénykezésének egy részét, ám a francia rezidens (résident supérieur) gyakorlatilag a legfőbb végrehajtó hatalmat jelentette. A rezidens mellett kialakult a francia protektorátusi adminisztráció, amely fokozatosan átvette az adóztatás, az igazságszolgáltatás és a közbiztonság irányítását. A kambodzsai miniszterek és tartományi vezetők gyakran csak formálisan őrizték meg tisztségüket; a döntéseket francia tisztségviselők készítették elő, és a király hozzájárulása sokszor puszta formalitássá vált.
A protektorátusi adminisztráció kiépítése a 19. század végén és a 20. század elején fokozatosan történt. A rezidens alá tartozott a protektorátus közigazgatási tanácsa, amelyben francia és kambodzsai tisztviselők egyaránt részt vettek, de a döntő szót a franciák birtokolták. A tartományok élére kambodzsai kormányzók (chauvay srok) kerültek, akiket a király nevezett ki, ám tényleges hatalmukat a melléjük rendelt francia tartományi tanácsadók (résidents provinciaux) korlátozták. A járási és falusi szintű adminisztrációban a hagyományos khmer tisztségviselők maradtak, de az adószedés és a rendfenntartás területén egyre inkább a francia ellenőrzés érvényesült.
A francia igazgatás egyik legfontosabb újítása az adórendszer központosítása volt. A protektorátus előtt az adókat a tartományi elitek szedték be, és a királyi kincstárba befolyó összeg bizonytalan volt. A franciák bevezették a fejadót (impôt personnel), amelyet évente minden felnőtt férfira kivetettek, és amelyet állami hivatalnokok gyűjtöttek be. Az adóbevételek a francia gyarmati költségvetésbe kerültek, és elsősorban a protektorátus fenntartására, az adminisztráció fizetésére és a közmunkákra fordították. Az adóterhek gyakran súlyosak voltak, és a behajtás során a francia hivatalnokok és a kambodzsai alsóbb tisztségviselők egyaránt visszaéléseket követtek el. A khmer paraszti társadalom számára a gyarmati adóztatás a hagyományos szolgáltatásokhoz képest ridegebb és kiszámíthatatlanabb terhet jelentett.
A korvé (corvée) rendszere, vagyis a kötelező közmunka, a francia gyarmati állam kiépítésének másik alappillére volt. A felnőtt férfi lakosságtól évente meghatározott számú munkanapot követeltek utak, hidak, csatornák és közigazgatási épületek építésére. A munkakötelezettség alóli megváltás pénzben is lehetséges volt, ami a tehetősebb rétegeket mentesítette, a szegényebb parasztokat viszont aránytalanul sújtotta. A korvé gyakran brutális körülmények között zajlott; a rossz élelmezés, a betegségek és a bántalmazások miatt sok munkás meghalt vagy menekült. A francia gyarmati jelentésekben a korvét a modernizáció eszközeként tüntették fel, de a helyi lakosság tapasztalata szerint a hagyományos uralkodói szolgáltatásokhoz képest is terhesebb volt, mert a francia adminisztráció a korábbiaknál szigorúbban hajtotta be.
A protektorátus létrejötte a kambodzsai monarchia jellegét alapvetően megváltoztatta. Norodom király 1904-ben bekövetkezett halála után a franciák a trónra Sisowath herceget (Sziszovath) ültették, aki hajlandóbb volt együttműködni a gyarmati hatóságokkal. Ezzel a franciák megerősítették a királyi családon belüli irányváltást: Norodom ágát háttérbe szorították, és a trónutódlás gyakorlatilag a francia rezidens jóváhagyásától függött. A király szerepe fokozatosan a reprezentációra, a buddhista rituálékra és a hagyományos címek adományozására szorítkozott. A tényleges kormányzati döntések a francia főkormányzó és a rezidens kezében összpontosultak.
A kambodzsai elit egy része, különösen a királyi udvarhoz kötődő hivatalnokok, együttműködött a francia adminisztrációval, mert ebben látta pozíciója megőrzésének lehetőségét. Mások, főként a vidéki közösségek vezetői és a buddhista szerzetesek, ellenálltak, vagy legalábbis passzívan szabotálták a francia rendelkezéseket. A francia hatóságok a hagyományos khmer társadalmi hierarchiát részben átalakították: a modern iskolákat, a francia nyelvű adminisztrációt és a gyarmati jogszabályokat olyan fiatalabb, részben francia nevelésű kambodzsaiak felé nyitották meg, akik később a gyarmati korszak végi nacionalista mozgalmakban is szerepet játszottak. Ugyanakkor a gyarmati oktatás Kambodzsában a 20. század első évtizedeiben rendkívül korlátozott volt; a lakosság túlnyomó többsége sosem járt iskolába, és a francia nyelv ismerete szűk elitre korlátozódott.
A buddhista szangha (sangha), a szerzetesrend, hagyományosan a khmer társadalom egyik legfontosabb intézménye volt. A franciák kezdetben nem szóltak bele a vallási ügyekbe, de a 20. század elején megpróbálták a rendet ellenőrizni, részben azért, mert a szerzetesek a francia adóztatás elleni tiltakozások központjai lehettek. A gyarmati hatóságok létrehoztak egy modernizált buddhista hierarchiát, amelynek élére a király által kinevezett, de a rezidens által is elfogadott szangharádzsa (sangharaja) került. Ez a reform elvileg a buddhista oktatás és fegyelem erősítését szolgálta, de valójában a szerzetesrend politikai ellenőrzését is elősegítette. A vidéki kolostorokban azonban a francia befolyás továbbra is gyenge maradt; a szerzetesek megőrizték kapcsolatukat a paraszti közösségekkel, és a későbbi nacionalista mozgalom egyik bázisát alkották.
A protektorátus gazdasági kiépítése az adóztatásra és a közmunkákra támaszkodott, mivel a francia vállalkozók kezdetben kevés érdeklődést mutattak Kambodzsa iránt. Az ország területének nagy részét sűrű erdők és ártéri területek borították, a lakosság lélekszáma pedig alacsony volt a szomszédos vietnámi területekhez képest. A francia összeírások szerint a protektorátus lakossága a századfordulón körülbelül 1–1,5 millió főre tehető, de ezek az adatok megbízhatatlanok, mivel a népszámlálások ritkák voltak, és a hegyi közösségeket, a vándorló csoportokat alig vették számba.
A gyarmati állam kiépítése elsősorban az adminisztratív infrastruktúra bővítését jelentette: bíróságokat hoztak létre, postahálózatot szerveztek, és megkezdték a tartományi központok összekötését. A francia hatóságok a hagyományos khmer törvénykezést részben megtartották, de a büntetőjog és a gazdasági szabályozás területén a francia kódexeket vezették be. A jogrendszer kettős volta hosszú távon feszültségeket szült: a kambodzsai lakosság nagy része a hagyományos közösségi vitarendezést használta, míg a francia bíróságok elsősorban a gyarmati érdekeket szolgálták.
A városiasodás a protektorátus időszakában lassan indult meg. Phnom Penh (Phnom Penh) a 19. század közepén még kis folyami település volt, de a francia adminisztráció központjaként fokozatosan gyarapodott. A franciák itt építették fel a rezidensi palotát, a postát, a bíróságokat és az első kórházat. A város tervezésében a francia gyarmati városépítészet mintái érvényesültek, de a környező vidéki területek életére a gyarmati modernizáció alig hatott. A kambodzsai társadalom döntő többsége továbbra is falvakban élt, rizstermesztéssel és halászattal foglalkozott, és a pénzgazdálkodás számára ismeretlen vagy marginális maradt.
A protektorátus első fél évszázada nem volt mentes a belső feszültségektől. Az 1885–1886-os felkelés után kisebb helyi ellenállási mozgalmak időről időre fellángoltak, gyakran vallási keretek között. A millenarista mozgalmak, amelyek egy igazságos király vagy egy buddhista megváltó eljövetelét hirdették, a gyarmati elnyomással szembeni kétségbeesés jelei voltak. A francia hatóságok ezeket a mozgalmakat rendszerint katonai erővel számolták fel, és vezetőiket letartóztatták vagy kivégezték.
A protektorátus területi keretei sem voltak stabilak. Az 1867-es területi engedmény után a francia diplomácia hosszú távon Sziám gyengítésére törekedett, és a 20. század elején a nyugati tartományok visszaszerzése újra napirendre került. Az 1904-es francia–sziámi egyezmény értelmében Sziám átengedett több Mekong jobb parti területet, majd az 1907. március 23-án aláírt szerződéssel Battambang, Sziemreap és Sziszophon tartományok visszakerültek Kambodzsához. Ez a területi revízió a khmer királyi udvar és a későbbi nemzeti történetírás számára a francia protektorátus egyik pozitív vívmányaként tűnt fel, bár a gyarmati kontextusban a francia stratégiai érdekek legalább olyan fontosak voltak, mint a khmer területi igények. A visszacsatolt tartományokban a franciák gyorsan kiépítették a gyarmati adminisztrációt, és fokozatosan megkezdték a terület gazdasági kiaknázását.
A francia protektorátus Kambodzsában a 19. század második felétől a 20. század elejéig egy olyan gyarmati képződmény volt, amely a hagyományos uralmi formák és az európai gyarmati bürokrácia sajátos keverékét hozta létre. A jogi forma protektorátus maradt, de a gyakorlatban a francia rezidens és a főkormányzó hatalma egyre inkább a közvetlen gyarmati igazgatásra emlékeztetett. A királyi hatalom formális fenntartása nemcsak a khmer elit megnyerését szolgálta, hanem a francia gyarmati ideológia azon állítását is alátámasztotta, amely szerint Franciaország nem meghódította, hanem megmentette a kambodzsai királyságot a szomszédos hatalmak bekebelezésétől. A francia civilizációs küldetés (mission civilisatrice) retorikája azonban elfedi a gyarmati uralom erőszakos és kizsákmányoló jellegét: az adóterheket, a korvé kegyetlenségét, a helyi autonómiák felszámolását és a kambodzsai társadalom alárendelését a francia gyarmatbirodalom érdekeinek.
A francia protektorátus történetének tanulmányozásához rendelkezésre állnak a francia gyarmati levéltárak, köztük a Archives nationales d’outre-mer Aix-en-Provence-ban őrzött anyagai, amelyek tartalmazzák a protektorátusi szerződéseket, a rezidensek jelentéseit, a költségvetéseket és a katonai műveletek leírásait. E dokumentumok nélkülözhetetlenek az eseménytörténet rekonstruálásához, de erősen tükrözik a gyarmati adminisztráció szempontjait, és gyakran alulbecsülik a helyi lakosság szenvedéseit, illetve a francia hatalomgyakorlás visszásságait.
A khmer királyi krónikák és a buddhista kolostori feljegyzések fontos ellensúlyt jelentenek, de ezek fennmaradása esetleges, és sok szöveg későbbi másolatokban vagy átdolgozásokban ismert. A krónikák gyakran a királyi hatalom folytonosságát és a francia protektorátus védelmi szerepét hangsúlyozzák, ami a 20. századi nemzetépítés és a francia-kambodzsai kapcsolatok politikai igényeivel függ össze. A protektorátus első évtizedeinek pontos népességi és adózási adataira vonatkozóan a források hiányosak, és a különböző becslések jelentősen eltérnek; a gyarmati statisztikák megbízhatósága ezért korlátozott.
A történetírásban vita övezi a protektorátus jellegének megítélését. Egyes szerzők hangsúlyozzák, hogy a francia jelenlét megakadályozta Kambodzsa teljes felosztását Sziám és Vietnám között, és hozzájárult a modern állami intézmények, a közlekedési infrastruktúra és a nyugati típusú oktatás alapjainak lerakásához. Mások rámutatnak, hogy a protektorátus a gyarmati kizsákmányolás eszköze volt, amely a helyi társadalom rovására építette ki a francia adminisztrációt, és a királyi hatalom formális fenntartása csupán a gyarmati uralom legitimálását szolgálta. A korszak megértése tehát nem szakítható el ettől a kettős értelmezéstől: a tények, például a szerződések, az adók és a felkelések dokumentáltak, de a protektorátus örökségének mérlege a mai napig vitatott.