A Romanov-dinasztiából származó Péter 1672. június 9-én (az Oroszországban akkor használatos bizánci naptár szerint 7180. május 30-án) született I. Alekszej cár második házasságából. Apja halála után, négyévesen idősebb féltestvére, a beteges III. Fjodor, majd annak halála után, tízévesen gyenge látású és beszédhibás másik féltestvére, V. Iván társuralkodójaként került a trónra. Régensként Iván 25 éves nővérét, az okos és becsvágyó Szofját nevezték ki a gyermekek mellé. Pétert szerzetesek oktatták, középiskolába és egyetemre – mivel ilyen intézmények nem léteztek hazájában – nem járt, de később kompenzálni tudta hiányosságait. A fiatal cár a Moszkva melletti Preobrazsenszkoje faluban nőtt fel, 17 évesen megnősült, de feleségére gyorsan ráunt, tíz évvel később kolostorba küldte.
1689-ben a cári testőrség, a sztrelecek lázadását kihasználva eltávolította és kolostorba záratta Szofját. Iván 1696-ban bekövetkezett halála után már egyedül uralkodott.
1698-ban a Szofja pártjára álló sztrelecek újabb felkelésének hírére tért haza: a lázadókkal leszámolt, Szofját pedig apácaságra kényszerítette.
Péter azt tűzte ki céljául, hogy birodalmát a nyugati országok fejlettségi szintjére emelje, és akaratát tűzzel-vassal keresztülvitte. Reformok sorát vezette be az élet minden területén, megtörve a bojárok és az ortodox egyház ellenállását, megbüntetve az ellenszegülőket. Kiépítette az abszolút monarchiát, megszüntette a bojárdumát, és létrehozta a kilenctagú Szenátust. Az államigazgatás fő területeit tizenegy kollégium között osztotta fel, mellettük jött létre a titkos kancellária. Az országot előbb nyolc, majd tizenegy kormányzóságra osztotta, ezeket később ötven tartomány váltotta fel, újjászervezte a bíráskodást. A hadsereg egységeit a birodalom különböző városaiban helyőrségekbe vezényelte, katonai és haditengerészeti iskolákat alapított, megszervezte a balti flottát. Parancsára 1703-ban kezdtek új várost építeni a Néva torkolatánál, amely 1712 és 1918 között Szentpétervár néven Oroszország fővárosa volt.
Az ortodox egyház „legfőbb pásztora” a cár lett, a pátriárkai tisztet megszüntette, az egyházat az általa kinevezett, főpapokból álló Szent Szinódus irányítása alá vonta. Előírta az európai ruhaviseletet, levágatta a bojárok szakállát. 1700-tól Oroszországban nem a világ teremtését kiindulópontnak tekintő bizánci, hanem a Julián-naptárt alkalmazták, az új év pedig a továbbiakban január 1-jén és nem szeptember 1-jén kezdődött (a Gergely-naptárt azonban Péter katolikus, azaz „eretnek” volta miatt elutasította).
A cár európai nagyhatalommá akarta tenni Oroszországot, s mindenekelőtt tengeri kijáratokhoz akart jutni. 1696-ban délen elfoglalta a töröktől Azovot, ám a négy évvel későbbi konstantinápolyi békében nem sikerült kicsikarnia a hajózási jogot a Fekete-tengerre. Figyelme ezután a Balti-tenger felé fordult: az 1700-ban kitört északi háborúban Dániával, Szászországgal és Lengyelországgal szövetségben harcolt XII. Károly svéd királlyal szemben. 1709-ben Poltavánál vereséget mért a svédekre, s az orosz flotta is győzelmeket aratott a Balti-tengeren.
Az Oszmán Birodalommal folytatott küzdelem kevesebb sikert hozott, Péternek 1713-ban vissza kellett adnia a Portának Azovot. Uralkodása alatt már folyt a keleti és a szibériai területek meghódítása, a cár még amerikai expedíciót is tervezett. Az uralkodó 1722-ben megtámadta Perzsiát, és megvetette lábát a Kaszpi-tenger déli és nyugati partvidékén.
Fia, Alekszej cárevics ellenezte a reformokat, és mind ellenségesebbé vált apjával szemben, s végül Péter válaszút elé állította: vagy jobb belátásra tér, vagy kolostorba vonulva lemond a trónörökösi címről. Alekszej inkább VI. Károly német-római császárhoz (III. Károly néven magyar király) menekült, a cári diplomácia azonban rávette a hazatérésre. Otthon aztán felségárulással vádolták meg, megkínozták és halálra ítélték, de kivégezni már nem tudták: a cárevics az elszenvedett testi és lelki szenvedések következtében 1718. július 7-én meghalt.
A cár egészsége, amelyet amúgy is aláásott a feszített tempójú munka és a kíméletlen életmód, a háborúskodások során megrendült. Urémiával súlyosbított vesebetegsége 1724 nyarától egyre rosszabbra fordult, és 1725. február 8-án, 52 éves korában Szentpéterváron meghalt. A trónon második felesége, Marfa Szkavronszkaja követte I. Katalin néven.
Személye, uralkodása nemcsak kora társadalmát, hanem az utókort is megosztotta. Mitikussá nőtt alakjában egyesek az Antikrisztust vélték felismerni, mások viszont a nagy államépítőt, a leghaladóbb orosz uralkodót látták benne. Életéről számtalan könyvet és regényt írtak, filmet forgattak, szobrai közül a leghíresebb a Puskin által is megénekelt, monumentális szentpétervári Bronzlovas, amely a város jelképe lett.
