Nicholas blev født på Gatchina Palace i Gatchina til storhertug Paul og storhertuginde Maria Feodorovna af Rusland (født Sophie Dorothea af Württemberg). Fem måneder efter hans fødsel døde hans bedstemor, Katarina den Store, og hans forældre blev kejser og kejserinde af Rusland. Han var en yngre bror af kejser Alexander I af Rusland, der efterfulgte tronen i 1801, og af storhertug Konstantin Pavlovich af Rusland. Riasanovsky siger, at han var "den smukkeste mand i Europa, men også en charmerende, der nød kvindeligt selskab og var ofte på sit bedste med mændene". Den 13. juli 1817 giftede Nicholas Charlotte Pruslands prinsesse (1798-1860), som derefter gik under navnet Alexandra Feodorovna, da hun konverterede til ortodoksi.
Gatchina-paladset i Gatchina