彼得一世是沙皇阿列克谢·米哈伊洛维奇儿子。1682年与异母兄伊凡并立为沙皇。由于彼得年幼、伊凡痴钝，由伊凡的姐姐索菲亚摄政。
少时随母亲住在莫斯科郊外普列奥布拉任斯基村，酷爱军事游戏，建立"少年军"，编为普列奥布拉任斯基兵团和谢苗诺夫斯基兵团（后来这支队伍成为俄国的禁卫部队）。常与附近外国侨民来往，从中学习航海知识和造船技术，并深受西欧文化影响。
1689年率"少年军"平息索菲亚策动的射击军叛乱，把索菲亚关进修道院。他把国事交给母亲、舅父等人处理，本人仍专心操练"少年军"。1695年率军3万远征土耳其的亚速，因没有舰队配合而遭失败。他汲取教训，在顿河河畔的沃罗涅日建立造船厂，很快建立起一支小型江河舰队。这是俄国历史上第一支舰队。1696年第二次远征亚速，在舰队配合下终于夺占亚速。
1697年派庞大使团出访西欧，争取建立并扩大反土同盟，同时学习西欧的科学技术。本人化名彼得·米哈伊洛夫下士随团出访， 先后在荷兰的萨尔丹、阿姆斯特丹和英国的伦敦等地学习造船和航海技术，并聘请大批科技人员到俄国工作。
1698年夏从维也纳回国，平息射击军叛乱并将其解散。随后，全面推行欧化改革：经济方面，鼓励发展工场手工业，振兴国内外贸易，凿运河，开商埠，扩大出口，为俄国近代工业奠定了基础；政治方面，取消领主杜马，废除大教长，设立枢密院，打击保守势力，甚至不惜处死皇太子，加强以沙皇为首的中央集权；社会文化方面，建学校，办报纸，剃胡须、剪长服，革除陈规陋习，注重培养和选拔人才，主张唯才是举；军事方面，实行征兵制，统一编制，建立由步兵、骑兵、炮兵和工兵组成的正规陆军，并扩建海军舰队。
在进行全面改革的同时，发动夺取波罗的海出海口的战争。
为对付称雄波罗的海的北欧强国瑞典，先后同萨克森选帝侯兼波兰国王奥古斯特二世、丹麦国王腓特烈四世建立北方同盟。
1700年初北方战争爆发后，于8月对瑞宣战。11月俄军在纳尔瓦初战失利后，进一步进行军事改革，发展军事工业，以利再战。
1701～1704年利用瑞军主力陷入波兰之机，率兵向波罗的海沿岸进攻，先后攻占诺特堡、尼延尚茨堡、纳尔瓦和伊万哥罗德等地。
1703年起在涅瓦河口大兴土木，建立新都圣彼得堡。
1708年初在瑞典国王查理十二率兵大举进攻俄国之际，指挥俄军实施战略退却，诱敌深入，坚壁清野，以小部队不断袭扰、消耗和疲惫瑞军。10月亲率俄军在列斯纳亚附近歼灭A.勒文豪普特指挥的瑞典援军，歼敌9000余人，夺取其全部火炮和辎重。
1709年7月在波尔塔瓦战役中，指挥俄军歼灭瑞军主力，扭转了战局。查理十二率千余人逃往土耳其。
土耳其对俄宣战后，1711年夏率军南征土耳其，在普鲁特河畔陷入土军和克里木汗国军队重围。因弹尽粮绝被迫乞和，以归还亚速、允许查理十二过境回国为条件，与土耳其停战。随后，恢复对瑞典的进攻。
1714年8月亲率俄国舰队在汉科角海战中击败瑞典舰队，取得海军建立以来第一次胜利，自晋海军中将。
1721年9月与瑞典签订《尼斯塔特和约》，夺取大片土地，并取得波罗的海出海口。10月被枢密院封为"大帝"和"祖国之父"；俄国改国号为俄罗斯帝国。
1722～1723年发动侵略波斯的战争，夺取里海西岸和南岸部分地区；同时继续向远东扩张，侵占堪察加半岛和千岛群岛。
晚年曾企图率兵侵占中国长城以北地区，因力量有限而未能得逞。
在位期间，励精图治，对内实行改革，对外进行扩张，使俄国从一个封闭、落后的内陆国家跻身于欧洲强国之列。其军事思想的主要特点是：治军严明，选贤任能；主动进攻，慎重决战等。
当几位大臣来问候远途归来的彼得大帝时，彼得突然操起手中的剪刀朝他们的胡子剪去，从而揭开了一系列改革的序幕。这些改革主要是在与瑞典进行北方战争的背景下施行的。
在军事方面，彼得实行义务兵役制，引进国外新式武器和战略技术，还建立了一支强大的海军。在经济方面，彼得大力鼓励工商业的发展，允许企业主买进整村的农奴到工厂做工，批准外国人在俄国开办工厂。
在政治上，改革的目的是建立完整的中央集权统治，加强工作效率。剥夺贵族领主杜马会议的职能，以参政院取代，下设11个委员会（实际上相当于西方国家的“部”）负责具体工作；罢黜大教长，代之以宗教院，使教会成为国家政权的一部分；划分行政区域，将全国分为50个省。彼得还颁布了一个“职级表”，将文武官员分成14个不同的等级，所有的官员不管门第出身，都要从低一级做起，靠功绩晋升。
在文化上，彼得大力引进西方的书籍和生活方式，下令全体臣民不得穿传统的长袍和留大胡子；规定贵族子弟到了一定年龄必须上学，否则不得继承爵位，并选派留学生去西欧学习。他还简化了俄文字母，引进西方历法，建立了俄国第一座图书馆、医院、剧院、博物馆、印刷所，还出版了第一份报纸，亲自担任主编。
彼得一世改革的领域非常广泛，就广度来说，几乎超过了世界历史上文明时代的任何一次改革，而他为人诟病的原因是在此过程中采取的手段极为粗暴，“不惜以野蛮的手段对付野蛮”。他的儿子阿列克谢在守旧派贵族的支持下起来反对他，后逃亡国外，在得到宽恕的许诺下回到俄国，结果被投入监狱严刑拷问，并死于狱中。
在彼得统治期间俄罗斯的行政体系相较于西欧国家显得落后许多，俄罗斯长期以来采行小组行政（uyezd），大都由城市或居住的周遭地区组成，这套系统显的资源无法均匀分配，而且笨拙的难以管理，1708年彼得取消这个陈旧的制度，转而建立辖省制度（guberniyas），而省分如下：莫斯科辖省、圣彼得堡辖省、基辅辖省、斯摩棱斯克辖省、伊尔库茨克辖省、喀山辖省、亚述辖省、西伯利亚辖省，1713年谕令成立米斯巴赫（Landrats），该词从德语演变而来意指国会，而每个辖省都有设立，各省总督一共有八到十二名不等的专业工务员协助施政。
1719年执行管理委员会（Collegia）成立，彼得大帝再一次的重新划分行政区划，新的俄罗斯辖省制度仿效瑞典，其中较大或著是政治地位较为重要的地区得到较多的自治权，而他广阔的农村地区由国家直辖。
忠诚被受质疑的精英以及反对改革的贵族在1722年的声浪达到颠峰，也就是职级表（俄语：Табель о рангах;Tabel' o rangakh）实行的这一年，一份正式的阶级清单被用到俄罗斯的军事、政府以及皇家法院，职级表混合许多头衔与尊称的系统而建立，每个阶级都下分很多等级（I到XIV），以表示对沙皇的忠诚度的特殊等级，职级表主要用在军队组织，这也象征了彼得统治时期的现代化与革新。
职级表的建立可以说是彼得改革相当大胆的措施，这直接打击了贵族的权力，并且象征了俄罗斯社会的改变，从前比较高的等级是世袭传承，但职级表建立之后哪怕是个平常老百姓，也会因为辛勤的工作或高超的技艺而进入技术官僚的体系，新一代的技术官僚迅速的取代旧贵族的阶级，并再俄罗斯取得人民的支持，这一套制度一路沿用到1917年俄国革命的时候。
为了应付大北方战争而需要前所未见的经济资源，如此巨大的财政赤字以及老旧的基础建设，意味着国家无法在战时紧迫的情况下筹出那么多军费，彼得的政府被经费的问题喘不过气，只好由国家垄断部分具有战略意义的产业，例如：盐、酒、橡木以及焦油，彼得也开始从俄罗斯的文化习俗来征税，例如：沐浴、垂钓、养蜂以及蓄胡，并向纸制品课征印花税，然而在课征每个新税的时候都会出现漏洞可以钻营，可见这些方式是不够的。
解决的方法是新增一个广义的人头税，这个税目被用来取代向有耕地的家庭征收家庭税，从前几个农户被并成一个家庭征收家庭税，然而每个农民被征收74戈比（kopeks，货币单位）的税金，而且必须以现金给付，但这比取代前的税制更显得沉重，使得1680年到1724年之间国库的款项是以往的六倍之多，但“决不能由此得出结论：1724年压在农民肩上的税捐负担比1680年的要重三倍”。彼得在贸易方面采行保护主义，设置沉重的进口贸易关税，让俄罗斯的产品在有利的状况下销售。
彼得改革的目的之一就是富国强兵，以打赢与瑞典的“北方战争”。早在西欧考察期间，彼得就与丹麦、萨克森结成反瑞典同盟。
1700年三国联合对瑞典宣战。但一开始战事不利，瑞典先以迅雷不及掩耳之势迫使丹麦退出，接着又在纳尔瓦打败俄军。
但彼得大帝不可能认输，他在改革增强了力量之后，重整旗鼓，先后在1708年列斯纳亚战役和1709年波尔塔瓦战役中打败瑞典好战国王卡尔十二世，尤其是波尔塔瓦一战，彼得亲临前线，给予瑞军以毁灭性打击。
1721年，俄瑞《尼斯塔得条约》签订，俄国夺得了梦寐以求的波罗的海东岸、芬兰湾、里加湾的大片土地，从而获得了出海口。彼得大帝的威名达到顶点。
彼得一世还在1722—1723年对波斯的入侵中夺得里海西、南岸的土地。但他对土耳其的战争无功而返，其时，奥斯曼土耳其大国的风范尤存，夺取黑海出海口的任务只能留待彼得的后继者来完成了。
彼得大帝因长年积劳成疾，已重病缠身，患有尿毒症等重病。他大病尚未康复之际，竟然奋不顾身跳海，企图救助意外落水的士兵，因此病情加重而驾崩。
1724年的一个秋日，彼得大帝在芬兰湾看见一只在沙洲上搁浅的船，几个士兵有被淹死的危险，他那特有的个性使他奋不顾身跳进冰水中去救他们(圣彼得堡位处北纬60度)。彼得因此受了风寒，入冬以后病情严重起来。但他仍坚持工作，派白令去堪察加探险的命令正是他在这个时候起草并颁布的(后来连接阿拉斯加和俄罗斯之间的水域被命名为白令海峡)。
由于那时候的医疗水平十分有限，1725年2月8日，彼得大帝病逝在圣彼得堡，享年52岁。他身后留下了从波罗的海到白令海峡，从北冰洋到里海的庞大帝国。
