คาร์ล ปีเตอร์ อูลริช เป็นบุตรชายของดยุกชาร์ล เฟรดเดอริค แห่งฮ็อลชไตน์-ก็อททร็อร์พกับเจ้าหญิงแอนนา เปโตรวาแห่งรัสเซีย พระธิดาในจักรพรรดิปีเตอร์ที่ 1 แห่งรัสเซีย ปีเตอร์ทรงมีเชื้อสายรัสเซีย-สวีเดน เนื่องจากบิดาของพระองค์เป็นพระปนัดดาในพระเจ้าคาร์ลที่ 12 แห่งสวีเดน เมื่อมีพระชนมายุ 14 พรรษา ก็ประกาศตนเป็นพระมหากษัตริย์ฟินแลนด์ ท่ามกลางสงครามรัสเซีย-สวีเดน

เมื่อจักรพรรดินีเอลิซาเบธแห่งรัสเซียขึ้นครองราชย์ เจ้าชายก็ทรงถูกนำตัวมายังเซนต์ปีเตอร์เบิร์กเพื่อขึ้นเป็นมกุฎราชกุมารแห่งรัสเซีย พระองค์ทรงชิงชังรัสเซียมาก แต่กลับนิยมชมชอบปรัสเซียซึ่งเป็นศัตรูในขณะนั้น อีกทั้งยังทรงมีอัชฌาสัยเกรียจคร้าน, เอาแต่พระทัยม, ไม่ใส่ใจสิ่งรอบข้าง และไร้ซึ่งพระอัจฉริยะภาพ จักรพรรดินีเอลิซาเบธจึงไม่ต้องการให้พระองค์ขึ้นเป็นพระเจ้าจักรพรรดิแห่งจักรวรรดิ จักรพรรดินีเอลิซาเบธจึงทรงเร่งรัดการอภิเษกสมรส เพื่อให้ปีเตอร์ผลิตองค์รัชทายาทองค์ใหม่ ให้พระนางและพระนางก็ทรงเลือกโซฟี เฟรดเดอริค ออกัสเต้ หญิงสาวจากปรัสเซียซึ่งมีเชื้อสายเยอรมนีมาเป็นพระคู่หมั้น เมื่อโซฟีทำการเปลี่ยนนิกายโปรเตสแตนต์มาเข้าศาสนจักรออร์โธดอกซ์รัสเซียแล้วก็มีนามใหม่ว่า เอคาเตรีน่า อเล็กซีเยว่า แคทเธอรีน เมื่อถึงวันอภิเษกสมรสที่พระราชวังโอแรนเนี่ยนบวม ในเซนต์ปีเตอร์เบิร์ก แม้ทั้งคู่ก็ทรงไม่ค่อยมีความสุขนัก แต่ก็มีโอรสหนึ่งพระองค์นามว่า พอลล์ ซึ่งต่อมาขึ้นเถลิงราชย์เป็นจักรพรรดิพอลที่ 1