Алексей Петрович родился 28 (18) февраля 1690 года в подмосковной царской резиденции – Преображенском. Старший сын Петра I от первого брака с Евдокией Лопухиной, в первые годы жил на попечении своей бабушки Натальи Кирилловны. С шести лет учился грамоте у Никифора Вяземского, человека простого и малообразованного, которого «иногда поколачивал». После заточения в монастырь в 1698 году своей матери Алексей передан под опеку своей тётки Натальи Алексеевны.
С 1703 г. воспитателем стал барон Гюйссен, в 1708 году царевич «занимается языками немецким и французским, изучает “четыре части цифири”, твердит склонения и падежи, пишет атлас и читает историю». Продолжая до 1709 г. жить далеко от отца, в Преображенском, царевич воспитывался в среде, враждебной Петру - духовенство и бояре, окружавшие его, настраивали царевича против отца, а Пётр угрожал Алексею лишить наследства и заточить в монастырь, если он не порвет со своим окружением.
В 1716 году Алексей, боясь гнева отца, бежал за границу – сначала в Вену, потом в Неаполь. Угрозами и обещаниями Петр вернул сына в Россию, заставил отречься от престола. В обмен на отречение и признание вины Петр дал сыну слово не наказывать его за бегство. Но отречение не помогло, началось следствие, порученное Тайной канцелярии и возглавленное графом Толстым. Многих лиц из окружения Алексея пытали и казнили. В июне 1718 года он был посажен в Петропавловскую крепость, где его подвергли пыткам. На основании всплывших фактов царевич был предан суду и 24 июня (5 июля) 1718 года осуждён на смерть как изменник. Царевич умер в Петропавловской крепости 26 июня (7 июля) 1718 года, согласно официальной версии, «от удара», но скорее всего, в результате пыток. Был похоронен в Петропавловском соборе крепости в присутствии отца.