จักรพรรดิปีเตอร์ที่ 1 เสด็จพระราชสมภพเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน ค.ศ. 1672 เป็นพระราชโอรสในพระเจ้าซาร์อเล็กซิสที่ 1 กับซารีนานาตัลยา นารีสกีนา พระมเหสีองค์ที่ 2 พระมารดาของพระองค์เป็นเด็กหญิงจากครอบครัวขุนนางเล็กๆ มีรสนิยมไปทางประเทศทางยุโรปตะวันตก และไม่เข้มงวดเช่นขุนนางรัสเซียทั่วไป ด้วยเหตุนี้พระนางจึงทรงเฉลียวฉลาด มีกิริยาคล่องแคล่ว จนเมื่อพระนางมีอายุได้ 18 ปี พระเจ้าซาร์อเล็กซิสที่ 1 จึงทรงรับตัวเข้าเป็นมเหสีองค์ที่ 2 และด้วยเหตุดังกล่าวเจ้าชายปีเตอร์จึงทรงเป็นเด็กที่มีสุขภาพแข็งแรงมีสติปัญญาเฉียบแหลมตามพระมารดา ต่างกับพระเชษฐาต่างมารดาที่ชื่อว่าพระเจ้าชายเฟโอดอร์ ที่ทรงไม่แข็งแรงและมีความพิการทางพระวรกาย แต่เนี่องจากเป็นพระโอรสของพระมเหสีองค์แรก เจ้าชายเฟโอดอร์จึงทรงได้เป็นซาเรวิชหรือองค์รัชทายาท เมื่อพระราชบิดาสวรรคตในปี ค.ศ. 1676 ขณะที่เจ้าชายปีเตอร์มีพระชนมายุเพียง 4 ปี พระเชษฐาต่างพระมารดา พระนามว่า เฟโอดอร์ ซึ่งมีพระชนมายุได้ 15 ปีจึงเสด็จขึ้นครองราชสมบัติ ฉลองพระนามว่า "พระเจ้าซาร์เฟโอดอร์ที่ 3"