Pyotr, putera kepada Alexei Mikhailovich dari Rusia dan isteri keduanya, Nataliya Kyrillovna Naryshkina, dilahirkan di Moscow. Sebelum perkahwinan ini, Alexei I telah berkahwin dengan Maria Miloslavskaya, dan dikurniakan lima orang putera dan lapan orang puteri, walaupun hanya dua orang putera — Fyodor III [1] dan Ivan V — masih hidup ketika Pyotr dilahirkan. Alexei I mangkat pada tahun 1676, dan diwarisi oleh anak tertuanya yang hidup, dan yang menjadi Fyodor III.

Pemerintahan Fyodor III yang tidak ada peristiwa menarik berakhir enam tahun kemudian. Oleh sebab Fydor tidak mempunyai sebarang anak, pertikaian tentang pewarisan antara keluarga-keluarga Naryshkina dan Miloslavskaya, tercetus. Sepatutnya, Ivan merupakan orang pertama dalam susunan pewarisan, tetapi beliau uzur dan tidak tegas. Oleh itu, Boyar Duma (majlis bangsawan Rusia) melantik Pyotr yang ketika itu berumur sepuluh tahun untuk menjadi Tsar, dengan bondanya merupakan pemangku raja. Akan tetapi Sophia Alekseyevna, puteri Alexei daripada perkahwinan pertamanya, mengetuai satu pemberontakan Streltsy (kor tentera elit Rusia) dan dalam pertempuran yang menyusul, banyak daripada saudara dan kawan Pyotr dibunuh — Pyotr juga menyaksikan salah satu bapa saudaranya dibunuh oleh kumpulan perusuh. Kenangan keganasan ini mungkin mengakibatkan trauma semasa tahun-tahun awal Pyotr.

Sophia mendesak bahawa Pyotr dan Ivan diisytiharkan sebagai tsar bersama, dengan Ivan merupakan tsar kanan. Selain itu, Sophia bertindak sebagai pemangku raja semasa tempoh belum dewasa kedua-dua raja, dan memegang segala kuasa. Satu lubang besar dipotong pada belakang singgahsana dua tempat duduk yang digunakan oleh Ivan dan Pyotr, supaya Sophia dapat duduk di belakang mereka, dan mendengar ketika Pyotr berbincang dengan orang-orang bangsawan. (Singgahsana ini boleh dilihat di muzium Kremlin di Moscow.) Sophialah yang memberikan Pyotr maklumat dan jawapan terhadap soalan-soalan dan masalah-masalah yang dikemukakan oleh golongan bangsawan. Selama tujuh tahun, Sophia memerintah sebagai autokrat. Semasa itu, Pyotr tidak amat peduli bahawa orang-orang lain yang memerintah atas namanya. Baginda melibatkan diri dalam kegiatan membina kapal dan belayar. Kapal-kapal yang dibinanya digunakan untuk beberapa perang olok-olok. Bonda Pyotr memaksanya untuk mengamalkan kehidupan yang lebih menurut kebiasaan dan mengatur perkahwinannya dengan Eudoxia Lopukhina pada 1689. Perkahwinan itu gagal dengan begitu teruk dan sepuluh tahun kemudian, Pyotr memaksa isterinya menjadi biarawati dan dengan itu, membebaskan diri daripada perkahwinan mereka.

Menjelang musim panas pada tahun 1689, Pyotr merancang untuk mengambil alih kuasa daripada Sophia, kakakanda tirinya, yang kedudukannya telah dilemahkan oleh dua buah kempen Krimea yang tidak berjaya. Apabila Sophia kedapatan tujuan Pyotr, Sophia berkomplot dengan pemimpin-pemimpin streltsy. Malangnya Sophia, Pyotr telah diberikan amaran oleh Stretsy, dan melarikan diri pada waktu tengah malam ke biara yang tidak dapat ditempuh yang terletak di Troitsky; di sana, baginda mengumpulkan penyokong-penyokongnya yang mempercayai bahawa baginda akan memenangi perebutan kuasa itu. Sophia digulingkan, dan Pyotr I dan Ivan V meneruskan pemerintahan sebagai tsar bersama. Pyotr memaksa Sophia menjadi biarawati, serta melepaskan nama dan kedudukannya sebagai ahli keluarga diraja.

Walaupun begitu, baginda masih tidak dapat menguasai hal ehwal Rusia. Sebaliknya, kuasanya dipegang oleh bondanya, Nataliya Naryshkina. Hanya selepas Nataliya meninggal dunia pada tahun 1694 barulah Pyotr benar-benar bebas. Secara rasmi, Ivan V masih merupakan raja bersama dengan baginda, walaupun tidak berkesan. Pyotr menjadi raja tunggal selepas kemangkatan Ivan pada tahun 1696.