Peter Nikolaevich sinh ngày 10 tháng 1 năm 1864 là con trai thứ 2 của Đại vương công Nikolai Nikolayevich và Công chúa Alexandra Petrovna. Mặt dù chào đời vào thời điểm ông nội là Nikolai I đã qua đời từ lâu nhưng xét cho cùng là cháu nội của Hoàng đế Nikolai I của Nga, Peter được gọi là một Đại vương công của Nga từ khi chào đời. Thiếu thời tiếp nhận một nền giáo dục quân sự, Peter phục vụ trong quân đội ở tuổi 20, nhưng tạm hoãn trong một thời gian dài vì sức khỏe.[2] Thời trẻ ông có khoảng thời gian hoạt động cùng với anh trai nơi Nikolai Nikolaievich là Tổng tư lệnh quân đội, tại đây ông thường kiềm chế tính cách nóng nảy của anh trai Nikolai. Trong thế chiến thứ nhất Peter làm kỹ sư quân đội và những nổ lực của ông góp phần cho thành công của quân đội Nga.[3][4] So với anh trai ông Nikolai Nikolaievich một người năng động và có lòng quyết tâm cao thì Peter có phần lãnh đạm và đôi khi lại rụt rè và nhút nhát hơn, ông thường tỏ ra trầm lặng và yêu chuộng hòa bình. Peter yêu thích hội họa và kiến trúc trong những năm 1913, Peter tham gia các cuộc triển lãm của Học viện Nghệ thuật Hoàng gia được tổ chức tại Petersburg và một trong những bản phát thảo do chính Peter thiết kế đã được kiến trúc sư Nikolaev Vladimir Nikolaevich xây dựng thành một cung điện nằm ở Crimea.[5]