Пётр родился 30 мая 1672 года (все даты указаны по старому стилю) в Москве в семье царя Алексея Михайловича. Его отец, годом ранее вступивший во второй брак с Натальей Кирилловной Нарышкиной, радовался рождению крепкого и здорового сына. Мужское потомство от умершей первой супруги по роковому стечению обстоятельств отличалось болезненностью и слабым развитием. Из пятерых сыновей отроческого возраста удалось достичь лишь Фёдору, страдавшему болезнью ног, и Ивану, сильно отстававшему в развитии. Многочисленные дочери в престолонаследии не играли какой-либо роли, так как передача трона по женской линии в ту эпоху не практиковалась.

Отец – царь Алексей Михайлович.

Новая родня царя – Нарышкины – достаточно быстро вошла в силу. Опираясь на руководителя Посольского приказа А. С. Матвеева, приемного отца новой царицы, они сумели на многих ключевых постах расставить верных им людей. Молодой царевич рос в эти годы в окружении мамок и нянек, играя в разнообразные игрушки: «стульцы потешные на колесах», «барабанцы», деревянные лошадки, пушечки, миниатюрные луки со стрелами… Вместе со двором Наталья Кирилловна сопровождала своего супруга в многочисленных богомольях, завершавшихся отдыхом в пригородных дворцах. Участвовал в этих поездках и маленький Пётр.

Мать – царица Наталья Кирилловна.

Идиллия завершилась через четыре года с кончиной царя Алексея Михайловича. Клан Милославских (родственники первой супруги почившего монарха) с воцарением Фёдора Алексеевича сумел отстранить от рычагов управления окружение вдовствующей царицы. А. С. Матвеев был отправлен в ссылку в Пустозерск, а сама Наталья Кирилловна оказалась в вынужденном затворничестве.

Царевна Софья.

Внезапное изменение статуса матери мало повлияло на условия жизни молодого царевича. Он по-прежнему получал многочисленные игрушки, катался на пони, рассматривал книжки. В семь лет его воспитанием занялись «дядьки», а с 1683 г. (по другим сведениям – с 1677-го) учителем и наперсником царевича становится дьяк Н. М. Зотов. В основе образования Петра лежало изучение грамоты, заучивание богослужебной литературы. По библейским сюжетам он получил первые представления об истории и географии. Многими вопросами юный правитель интересовался самостоятельно. Некоторые современные исследователи полагают, что «Пётр в годы обучения не прошел даже курса, который обычно преподавали царевнам», глубоким же познаниям в разных предметах «он обязан собственной одаренности, неутомимой тяге к знаниям и готовности всегда учиться».