Au début du XVIe siècle, le fanal de la tour des Anglais tombe en ruines. La navigation dans l'estuaire de la Gironde devient périlleuse et le roi Henri III en décide la reconstruction en 1582 : « … ce qu'il convient faire pour la réédification de ladite tour de Cordouan, assise au milieu de la rivière de Gironde, à l'entrée de la grande mer, entre la ville de Royan et Notre-Dame de Soulac (…) laquelle dicte tour est tombée en ruines par l'impétuosité de la mer ». L'ingénieur Louis de Foix est chargé de ce travail. Un contrat de 1584 nous fait connaître le premier projet : une tour ronde de trois étages. Les travaux avancent très lentement et connaissent de multiples  contretemps, dus en particulier à la période troublée des guerres de Religion.

En 1593, Henri IV accorde des crédits importants et approuve en même temps un nouveau projet, beaucoup plus somptueux, avec l'ajout d'une chapelle et de riches ornements. Un nouveau contrat est donc signé en juin 1594 « pour le parachèvement de l'édification de la nouvelle tour de Cordouan et accroissement des diamètres, en l'augmentation des œuvres... » . Les travaux dureront jusqu'à la mort de Louis de Foix (entre 1602 et 1606). La tour est achevée conformément à ce projet. Cependant la mer menace l'ouvrage : Sully envoie l'ingénieur Chastillon en inspection en 1606. Celui-ci ordonne de renforcer la plateforme sur laquelle s'élève la tour. Le fils de Louis de Foix, Pierre refuse de finir les travaux de son père, contrairement à ce qui était prévu dans le contrat. C'est François Beuscher, qui fût peut-être l’élève de Louis de Foix, qui termine le chantier en tant que maître des fortifications du roi en Guyenne (aujourd'hui l'Aquitaine).

Le phare de Cordouan est ainsi mis en service en 1611.