Елизавета была пятым ребенком, родившимся у Петра и крестьянки, впоследствии ставшей его женой, пятым из двенадцати: шести мальчиков и шести девочек, из которых лишь двое прожили более семи лет. Другим таким ребенком была сестра Елизаветы – Анна, родившаяся годом ранее. Все считали Елизавету и Анну незаконнорожденными – у их отца «не было времени» публично обвенчаться с их матерью, пышущей здоровьем ливонской крестьянкой Мартой Скавронской, получившей в православии имя Екатерина. На самом деле в ноябре 1707 года Петр тайно венчался с Екатериной, но в интересах государства этот брак держался в секрете. В юности Петр уже был женат, и со своей первой женой Евдокией, к которой испытывал сильную неприязнь, развелся и отправил ее в монастырь. В 1707 году, когда шведская армия отправилась в поход на Россию, многие русские, придерживавшиеся традиционных взглядов, были бы потрясены известием о том, что царь обвенчался с неграмотной иностранной крестьянкой. Но через пять лет, когда уже была одержана победа под Полтавой, Петр решил, что ситуация изменилась. 9 февраля 1712 года он повторно венчался с Екатериной, на этот раз устроив официальные торжества. На второй свадьбе две маленькие девочки – Анна и Елизавета, – одной из которых было три, а другой – два года, с украшенными драгоценностями волосами сопровождали свою мать к алтарю.
Петр всегда говорил, что «любил обеих девочек как свою душу». 28 января 1722 года, когда он объявил, что его тринадцатилетняя Елизавета достигла совершеннолетия, она была очаровательной, энергичной и здоровой светловолосой девочкой с голубыми глазами. Всем нравился ее живой задорный нрав, который контрастировал с более спокойным характером старшей сестры Анны, которую Елизавета буквально боготворила. Анна и Елизавета получили образование, достойное европейских принцесс: их обучали иностранным языкам, хорошим манерам, танцам. Они знали французский так же хорошо, как и русский, а Анна, как более прилежная ученица, выучила также итальянский и шведский. Много лет спустя императрица Елизавета вспоминала, как их отец следил за тем, чтобы дочери получили достойное образование. Он часто заходил к ним в комнаты проведать их, спрашивал, что они узнали за этот день. Когда был доволен – хвалил, целовал и дарил подарки. Елизавета вспоминала, как сильно Петр сожалел о том, что в свое время пренебрегал классическим образованием. «Отец часто повторял, – писала она, – что готов отдать палец, лишь бы в его собственном образовании не было бы таких пробелов. Не проходило и дня, чтобы он не сожалел о недостатке своих знаний».
В пятнадцать лет Елизавета была не такой высокой и статной, как ее сестра Анна, однако многие предпочитали эту миловидную, веселую голубоглазую особу ее грациозной и величественной, словно статуя, брюнетке-сестре. Герцог Лири, испанский посол, с восхищением отзывался о Елизавете: «Я никогда не видел такой красоты. Великолепное сложение, сияющие глаза, изумительный рот, шея и грудь поразительной белизны. У нее высокий рост и милый нрав. Она никогда не сидит на месте. Отличается рассудительностью и учтивостью, которые сочетаются с большим честолюбием». Саксонский посол Лефорт хвалил ее большие блестящие голубые глаза и был покорен ее веселостью и непосредственностью.
В пятнадцать она уже была готова к вступлению в брак. После своего визита в Париж в 1717 году Петр Великий надеялся выдать Елизавету замуж за Людовика XV, который был младше ее на два месяца. Елизавету обучали французскому языку, придворным манерам, а также французской литературе и истории. Кампредон, французский посол в Санкт-Петербурге, полностью поддерживал планы царя. «Принцесса Елизавета необычайно мила, – писал он в Париж. – Можно сказать, что у нее прекрасная фигура, кожа, глаза и руки. Ее недостатки, если таковые существуют, касаются образования и манер, но я уверен, она настолько умна, что с легкостью сможет восполнить этот пробел под руководством профессионального и опытного человека, который будет приставлен к ней, если соглашение будет заключено». Однако, несмотря на рекомендации и обаяние девушки, в Версале не поддержали кандидатуру Елизаветы: ее мать была крестьянкой, к тому же она родилась вне брака. Франция не хотела, чтобы на троне или подле него находилась незаконнорожденная.
Надежды Петра относительно Елизаветы не оправдались, однако второй его дочери в скором времени предстояло вступить в брак. В 1721 году, когда Елизавете исполнилось двенадцать, а Анне было тринадцать лет, герцог Карл Фридрих Гольштейнский, единственный племянник легендарного противника Петра Великого – шведского короля Карла XII, приехал в Санкт-Петербург. Когда же король Карл умер, герцог был вынужден переехать в Стокгольм в качестве наследника своего покойного дяди.
В России Петр радушно встретил молодого человека, наградив его почетным титулом и назначив пенсию. Позднее для укрепления дальнейших отношений герцог стал посещать российский двор и оказывать Анне знаки внимания. Четыре года спустя, когда Анне исполнилось семнадцать, несмотря на то, что девушка не питала интереса к своему поклоннику, молодые люди были помолвлены. Церемонию вел сам император, который взял кольца жениха и невесты и поменял их. Однако 25 января 1725 года Петр Великий неожиданно умер в возрасте пятидесяти двух лет. Свадьбу Анны отложили, пока ее мать не взошла на трон, став императрицей Екатериной I. 21 мая, через четыре месяца после смерти отца, Анна обвенчалась с Карлом Фридрихом. Ее пятнадцатилетняя сестра присутствовала на церемонии и сопровождала сестру.
Смерть Петра и замужество Анны внесли еще большую сумятицу в и без того запутанный закон о праве на наследование, действовавший в то время в России. Согласно декрету 1722 года, Петр объявил упоминавшееся в Святом Писании древнее, закрепленное традициями правило майората весьма опасной практикой. Прежде все московские князья, а позднее – русские цари передавали право наследования от отца к старшему сыну. Петр заявил, что отныне каждый государь имеет право назначать себе преемника. После этого Петр водрузил корону на голову Екатерины и провозгласил ее императрицей.
Ранняя смерть отца серьезным образом повлияла на дальнейшую судьбу Елизаветы. Перспективы удачного замужества стали для нее довольно туманными. Ее мать все еще надеялась на брачный союз с французским королем, но Людовик XV женился на польской принцессе. Новый зять Елизаветы, герцог Карл Фридрих Гольштейнский, хорошо отзывался о достоинствах своего двадцатилетнего кузена, принца Карла Августа Гольштейнского (который был также братом принцессы Иоганны Ангальт-Цербстской). Екатерина I, которая была в восторге от своего зятя, пригласила еще одного юного гольштейнского дворянина в Россию.
Карл Август приехал в Петербург 16 октября 1726 года и произвел приятное впечатление на императорскую семью. Елизавета смотрела на него как на родственника мужа ее обожаемой старшей сестры и вскоре влюбилась в него. Объявление помолвки было назначено на 6 января 1727 года, однако императрица Екатерина I слегла с простудой и лихорадкой. Церемонию отложили до ее выздоровления. Императрица так и не оправилась, ей становилось все хуже, а в апреле, процарствовав всего двадцать семь месяцев, она умерла. В мае, через месяц после ее смерти, Елизавета решила ускорить предстоящее замужество. Однако 27 мая накануне объявления помолвки ее будущий супруг Карл Август слег в постель. Через несколько часов врачи установили у него оспу. Четыре дня спустя он также умер. Елизавета, чьи мечты о счастливой жизни были разрушены в семнадцать лет, с нежностью вспоминала о нем всю свою жизнь. И хотя ее надежды на законный брак так и не оправдались, это не помешало ей искать утешения с другими мужчинами.
После смерти Екатерины I трон перешел к одиннадцатилетнему внуку Петра Великого, который стал императором Петром II. В июле 1727 года герцог Гольштейнский решил, что задержался в России слишком долго. Он провел детство в Швеции и шесть лет своей зрелой жизни в России, теперь же наследный герцог с большим запозданием стал, наконец, правителем немецкого княжества. Вместе с женой Анной они отправились в Киль, столицу Гольштейна, сохранив щедрую российскую пенсию.