1672年6月9日（儒略历5月30日[52] ），彼得·阿列克塞耶维奇·罗曼诺夫出生于莫斯科。他是罗曼诺夫王朝沙皇阿列克谢一世和他的第二个妻子娜塔莉亚·基里洛芙娜·纳雷什金娜的独生子。与沙皇的前几个要么虚弱、要么有残疾的孩子不同，彼得非常健壮、活泼，于是宫廷中流传着关于彼得血缘的流言蜚语，怀疑他真正的生父另有其人。[17] 彼得接受的教育完全依照祖传的培养模式。父亲阿列克谢沙皇对彼得关怀备至，亲自为他选择奶妈、保姆和女仆。[2] 英国宫廷画师戈弗雷·内勒爵士绘制的彼得大帝肖像画
1676年，阿列克谢一世去世，彼得同父异母的长兄费多尔·阿列克谢耶维奇即位，称费奥多尔三世。[16] [17]
1682年4月，费多尔三世去世。彼得的另一位兄长伊凡天生迟钝，于是彼得在其母纳雷什金家族集团的支持下，于4月27日被拥立为沙皇，称彼得一世，此时他才10岁。彼得的异母姐姐索菲娅·阿列克谢耶芙娜不甘心皇位被纳雷什金家族把持，于是在她的秘密策划下，担任沙皇御林军的射击军于5月围攻了克里姆林宫，彼得的舅舅纳雷什金被杀。在另一些贵族的支持下，索菲娅又把天生迟钝的伊凡（即伊凡五世）拥立为第一沙皇，由自己摄政。彼得虽保留了第二沙皇的称号，但却被逐出莫斯科，和他的母亲迁往郊外的普列奥布拉伦斯基村居住。[16] [17]
被放逐在外的彼得无法系统地接受正规教育，但他极强的求知欲，在一定程度上弥补了这个缺陷。他常与附近外国侨民来往，并从他们那里学习航海知识和造船技术，这使他对西欧文化充满了向往。他还热衷于与离宫附近的小伙伴玩军事游戏。在绿荫环绕的村庄中，建筑土堡，进行军事演习及攻防游戏。后来，他把这些伙伴连同他的侍从编为普列奥布拉伦斯基兵团和谢苗诺夫斯基兵团；他请来了军事教官，并用真枪真炮把他们武装起来，进行严格的军事训练和实弹演习，这两个兵团日后成了他的嫡系禁卫部队。[17]