Петр Алексеевич был первым ребенком Алексея Михайловича от второго брака с Натальей Нарышкиной и 14-м в общем счете детей «Тишайшего». Мать Петра воспитывалась в семье боярина А. С. Матвеева, дом которого был обставлен на европейский манер, и, видимо, привила сыну кое-какие вкусы, усвоенные в этом доме. С колыбели царевич был окружен иноземными вещами, которые постепенно стали вытесняться военными игрушками: пушками, ружьями, саблями, лошадками и др. После смерти отца, когда на престоле оказался царь Федор Алексеевич, сын М. И. Милославской, положение матери Петра и ее родственников заметно ухудшилось, но внешне все оставалось по-прежнему, тем более что новый царь являлся крестным отцом Петра. Он не раз пенял куме-мачехе: «Пора, государыня, учить крестника». Наталья Кирилловна лишь разводила руками и просила царя найти «учителя кроткого, смиренного, Божественное писание ведающего».
По обычаю, заведенному в царской семье, ученье Петра началось в 5 лет. Выбор учителя определил боярин Ф. П. Соковнин, дом которого был убежищем раскольников. Он рекомендовал для обучения царевича чтению и письму некого Н. М. Зотова, подьячего приказа Большого прихода. Современники отмечали, что он не был образованным и эрудированным. Главными предметами преподавания, кроме грамоты, являлись: чтение и заучивание Часослова, Псалтыря и Евангелия. Этот обычный курс обучения царевича Зотов разнообразил так называемыми «потешными книгами с кунштами» (картинками). Однако собственных знаний учителю хватало лишь на то, чтобы научить Петра читать, писать, произносить выученные наизусть тексты из Священного Писания да пересказать отрывочные сведения по истории и географии. Поэтому «Петр в годы обучения не прошел даже курса, который обычно преподавали царевнам. В итоге образование он получил весьма скромное, если не скудное». Тем не менее царевич учился охотно, и постепенно у него появилась целая коллекция «потешных тетрадей». Н. М. Зотов рассказывал царевичу все, что сам знал, при этом касался и русской старины от Владимира Святого до Ивана Грозного. Ученик очень любил слушать про войны своего отца. У Петра выработался интерес к русской истории, которой он придавал впоследствии значение в деле воспитания и хлопотал в написании учебника по этому предмету, но сам так и остался недоучкой.
Думали, что положение изменится, если приставить к царевичу другого учителя, — нашли Афанасия Несторова, но Петр не принял новой методики, так как привык к своему «дядьке» и его «обучению», и все усилия близкого круга Н. К. Нарышкиной в этом плане оказались тщетны.
Затем умирает Федор Алексеевич 27 апреля 1682 г., и происходит знаменитый стрелецкий мятеж, сопровождавшийся резней Нарышкиных и их сторонников. По словам В. О. Ключевского, «Петр, бывший очевидцем кровавых сцен стрелецкого мятежа, вызвал удивление твердостью, какую сохранил при этом: стоя на Красном Крыльце подле матери, он, говорят, не изменился в лице, когда стрельцы подхватывали на копья Матвеева и других его сторонников. Но майские ужасы 1682 г. неизгладимо врезались в его память. Он понял в них больше, чем можно было предполагать по его возрасту; через год 11-летний Петр по развитости показался иноземному послу 16-летним юношей».
События 1682 г. заставили царицу-вдову уединиться в с. Преображенское, недалеко от Москвы. Наталья Кирилловна сама предпочла отдалить сына от двора, что и привело к невоспитанности и необразованности Петра. Здесь мать и сын жили тем, по выражению князя Б. И. Куракина, «что давано было от рук царевны Софьи». Они с радостью принимали денежную помощь от патриарха, архимандрита Троице-Сергиева монастыря и митрополита Ростовского, которые тайком снабжали семейство всем необходимым.
Силой обстоятельств Петр слишком рано был предоставлен самому себе, с 10 лет перешел из учебной комнаты на задворки. В комнатах матери для него было мало занимательного. Скука выжила его на дворы и рощи Преображенского. С 1683 г., никем не руководимый, Петр начал здесь продолжительную игру, какую сам себе устроил. Современники считали, что для Петра военное дело — природная склонность. Темперамент превратил ее в страсть. Толки окружающих о полках «иноземного строя», рассказы Зотова о войнах отца дали с годами этому увлечению определенную цель. Игра со временем разрастается, вбирая в себя разнообразные отрасли военного дела. Из Кремлевской Оружейной палаты к Петру в Преображенское таскают оружие, из его комнат выносят на починку то сломанную пищаль, то прорванный барабан. Таская нужные для потехи вещи из Кремля, Петр набирал около себя товарищей по потехе.
По заведенному обычаю, когда московскому царевичу исполнялось 5 лет, к нему из придворной знати назначали в слуги, в стольники и спальники подрастающих сверстников, которые становились его «комнатными людьми».
