Матерью великого князя Петра Алексеевича была кронпринцесса Софья Шарлотта Вольфенбюттельская (1694–1715). Нелюбимая своим мужем, царевичем Алексеем, и вынужденная терпеть его пьяные выходки, а также постоянную грубость и пренебрежение со стороны свекра и свекрови (Петра I и Екатерины I), она постоянно жаждала смерти как избавления от постылого существования в России. Когда после рождения сына Петра у нее начались недомогания, принцесса сознательно отказалась от лечения и умерла.
Великий князь Петр Алексеевич никогда не видел своей матери, а отца лишился, не достигнув трехлетнего возраста, и вряд ли мог его помнить. Малышу запрещено было видеться и с родной бабушкой, бывшей царицей Евдокией Федоровной Лопухиной, которая сначала находилась в вынужденном пострижении в одном из суздальских монастырей под именем монахини Елены, а во время следствия над царевичем Алексеем была заточена в крепости Шлиссельбург недалеко от новой столицы – Петербурга. Но запретить Петру Алексеевичу думать о своих умерших и живых родственниках был не в силах даже его властный дед Петр Великий, во второй семье которого был вынужден жить маленький великий князь. Петра не удостоили даже титула царевича, так как ни его самого, ни его старшую сестру, великую княгиню Наталью Алексеевну, дед-император, видимо, никогда даже не рассматривал как своих возможных преемников.
Вынужденное сиротство сильно сблизило Петра с сестрой Натальей Алексеевной (12.06.1714-22.10.1728). Великая княгиня была очаровательной особой, отличавшейся при этом сильным характером и умением влиять на людей. Она была умна, прилежна в учении и любила разные интеллектуальные занятия: интересовалась науками, много читала, с удовольствием говорила на иностранных языках. Хотя разница в возрасте между ней и братом составляла чуть более года, Петр во всем слушался ее как старшую и советовался с Натальей по всем важным вопросам. В семье деда, где они чувствовали себя лишними, брат и сестра старались держаться вместе и никогда не ссорились.
Современники отмечали, что родители великого князя Петра, Алексей Петрович и Софья Шарлотта, не отличались внешней красотой. Но Петру, как и его сестре, видимо, достались гены их бабушки Евдокии Лопухиной, слывшей в молодости красавицей, да и в зрелом возрасте сохранившей известную долю женского очарования. От нее они унаследовали изящество черт лица и легкость жестов и движений. В детстве великий князь был так хорош собой, что придворные сравнивали его с маленьким ангелом. Как и сестра, Петр был умен, но отличался