Le tsarévitch Alexei Nicolaïevitch est né le 12 août 1904 au palais Peterhof. Il est le cinquième enfant du tsar Nicolas II et de la tsarine Alexandra Fedorovna. Nicolas écrit dans son journal le jour de la naissance d'Alexei: "Voici pour nous le grand jour inoubliable où s'est manifestée si clairement la bonté de Dieu, Alix a donné naissance à un fils."

Dès sa naissance, on découvre au tsarévitch une maladie, l'hémophilie, qui ne laisse pas de répit à ses parents. L'enfant est âgé d'un mois lorsque Nicolas note dans son journal: "Alix et moi nous étions très inquiets à cause d'une hémorragie ombilicale du petit Alexei qui a continué avec interruptions jusqu'au soir. Il a fallu faire venir Korovine et le chirurgien Fedorov qui ont fait, vers sept heures, un bandage. Le petit était étonnamment calme et gai. C'était pénible de vivre ces moments d'angoisse." L'affection congénitale dont il souffre se traduit par des hémorragies fréquentes, accidentelles et spontanées. La médecine étant impuissante à guérir ce mal, Alexei doit mener une existence préservée : le moindre faux pas, une égratignure, un saignement de nez provoquent des hématomes douloureux, des accès de fièvre, des maux de tête. Les blessures superficielles ne le dérangent pas outre mesure: il suffit, dans ces cas-là, d'un bandage serré pour arrêter le saignement. Les hémorragies de la bouche et du nez sont les plus graves.

Mais c'est surtout quand il se heurte à un meuble ou quand il tombe que les douleurs sont intolérables. Le sang accumulé dans une articulation exerce une pression telle que le petit tsarévitch hurle et parfois s'évanouit, tant la douleur est intense.

Conscient de sa vulnérabilité, Alexei est un enfant capricieux, irritable et souvent autoritaire. Cependant, il étonne également sont entourage par sa gentillesse et sa spontanéité lorsqu'il n'est pas malade. Il lui arrive aussi de faire souvent des farces à sa famille avec Anastasia dont il est très proche. Mais Alexandra l'empêche de faire trop d'activités, car elle a vu mourir d'hémophilie un de ses jeunes frères, le prince Frédéric-Guillaume de Hesse, et les deux jeunes fils de sa soeur Irène. De plus, elle sait que rares sont les hémophiles qui atteignent leur vingtième anniversaire et donc que son fils est condamné à brève échéance. Pierre Gilliard, le précepteur du tsarévitch, décrit Alexei comme "un des plus beaux enfants qu'on puisse rêver, avec ses boucles blondes, ses grands yeux gris-bleu qu'ombrageaient de longs cils recourbés".

Très vite, on présente aux deux souverains un certain Grigory Raspoutine. Il réussit de manière très mystérieuse à sauver à plusieurs reprises la vie du tsarévitch, alors que les médecins avaient perdu espoir. Malgré les critiques de l'entourage du couple impérial, Nicolas et Alexandra décident de garder Raspoutine auprès d'eux pour éviter de voir leur fils mourir. Raspoutine est assassiné en décembre 1916 par le prince Félix Youssopov, un cousin de Nicolas.

Pendant le Première Guerre Mondiale, Alexei quitte le palais pour le quartier général de Mokilev avec son père. Il y resta quelque temps, mais dû retrourner très vite au palais du fait de sa maladie. En mars 1917, Nicolas abdique et les Romanov sont assignés à résidence au palais Alexandre de Tsarskoïe-Selo. Ils sont ensuite transférés à Tobolsk en août 1917. Ils y restent jusqu'en avril 1918, date à laquelle Nicolas se voit obligé de quitter Tobolsk.

Alexei, souffrant d'une crise d'hémophile, doit rester à Tobolsk avec Olga, Tatiana et Anastasia. Nicolas, Alexandra et Maria sont quant à eux transférés à Ekaterinbourg. Alexei et ses trois soeurs les rejoindront en mai 1918. Alexei est assassiné dans la nuit du 16 au 17 juillet 1918 avec sa famille à l'âge de treize ans.