Следуя традиции, для получения официального положения, в 1856 году Николай Николаевич женился на принцессе Александре-Фредерике-Вильгельмине Ольденбургской (1838 – 1900), в России, после принятия православия, именовавшейся Александрой Петровной. Она была старшей дочерью состоявшего на русской службе принца Петра Георгиевича (Георга-Константина-Фридриха-Питера) Ольденбургского (1812 – 1881) и принцессы Терезы Васильевны (Терезы-Вильгельмины-Фредерике-Изабеллы-Шарлотты) Нассауской (1815 – 1871).
Молодожёны состояли в дальнем родстве. Александра приходилась супругу двоюродной племянницей. Но в условиях династических браков такое допускалось.
Павел I
Николай I Екатерина = принц Георг Ольденбургский
принц Пётр Георгиевич Ольденбургский
Николай Николаевич Старший = Александра Петровна
Принцы Ольденбургские состояли в родстве с Российской императорской династией Гольштейн-Готторпов-Романовых, так же происходящей из Ольденбурского рода.
После пресечения мужской линии царской династии Романовых в январе 1730 году со смертью императора Петра II (1715 – 1730), внука Петра I Великого, престол перешёл к его другому внуку Петру III (1728 – 1762). Император Пётр III был единственным сыном Карла-Фридриха (1700 – 1739) герцога Гольштейн-Готторпского и дочери Петра I – Анны Петровны (1708 – 1728).
Взойдя на русский престол, в конце 1761 года, Пётр III пригласил в Россию своего двоюродного дядю по отцу принца Георга-Людвига Гольштейн-Готторпского (1719 – 1763). Знатный императорский родственник, был пожалован высшим воинским званием Российской империи. Он стал фельдмаршалом, и получил щедрое годовое содержание в 20 тысяч рублей. Однако царствование Петра III оказалось недолгим. Он был свергнут летом 1762 года, и принцу Георгу-Людвигу пришлось оставить Россию и возвратиться в Гольштейн. Его сыновья: утонувший в Ревельской (ныне Таллин) бухте принц Вильгельм-Август (1753 – 1774) и будущий великий герцог Ольденбургский Петер (I)-Фридрих-Людвиг (1755 – 1829), будучи родственниками пришедшей к власти императрицы Екатериной II, служили в России.
Дети последнего – великий герцог Павел-Фридрих-Август (1783 – 1853) и принц Петер-Фридрих-Георг (1784 – 1812), так же состояли на русской службе. При этом принц Петер-Фридрих-Георг, именовавшийся в России Георгием Петровичем, женился на дочери императора Павла I (1754 – 1801) – великой княжне Екатерине Павловне (1788 —1818). Их потомки окончательно обосновались в России в качестве младших членом императорской фамилии, получив в 1845 году права на титул «императорских Высочеств».
Принцесса Александра Петровна Ольденбургская родилась 2 мая 1838 года в Санкт-Петербурге. Стала замужней женщиной в 18 лет и очевидно была ещё не готова к семейной жизни.
Оставившая воспоминания старшая дочь знаменитого поэта Фёдора Ивановича Тютчева (1803 – 1873) – Анна Фёдоровна (1829 – 1889), состоявшая фрейлиной императорского Двора, писала: «Сегодня молодая принцесса Ольденбургская перешла в православие; она, по-видимому, понимала всё значение того акта, который совершала, и казалась глубоко сосредоточенной. Она была одета в белое атласное платье и очень просто причесана. Выглядела она некрасивой: волнение дурно отражается на её цвете лица, а это – единственное, что в ней хорошо. Черты лица у неё грубоваты и очень неправильны, но выражение чистоты, искренности и мягкости привлекают к ней симпатии». Приняла православие Александра Петровна 25 января 1856 года.
В начале, супружеская жизнь протекала размеренно, как и положено в благородных семействах. Залогом их семейного счастья стали сыновья. В 1856 году появился на свет сын Николай, а через восемь лет родился ещё один сын – Пётр.
Николай Николаевич, после рождения старшего сына стал официально именоваться «Старшим», был почтителен к супруге. Писал её нежные записочки, дарил цветы, был галантен в обращении. Дворец великокняжеской четы был полон гостей. В общем, это была нормальная светская семья.
Однако со временем супруги отдалились друг от друга. И во многом в этом была повинна Александра Петровна, точнее её холодность по отношению к пылкому, не по возрасту, мужу.
После рождения второго ребёнка Александра Петровна, в результате несчастного случая, получила серьёзную травму позвоночника, когда перевернулся её экипаж. Полученная травма надолго уложила великую княгиню в постель. Несмотря на старания докторов, Александра Петровна до конца жизни не смогла в полной мере оправиться от болезни.
Возможно, травма и её последствия сделали великую княгиню раздражительной и холодной.
Близкий к великокняжеской семье видный придворный сановник граф Сергей Дмитриевич Шереметев (1844 – 1918) вспоминал, что Александра Петровна была очень холодна, резка и насмешлива с мужем. «Отталкивала его резко, холодно непозволительно. Горделивая, сухая, властная, но и необыкновенно остроумная и саркастическая, она охотно прикидывалась смиренной и простой. Ей по её честолюбию нужен был муж большого ума и силы воли».
Отсутствие теплоты в отношениях, а более Александра Петровна не допускала Николая Николаевича к себе, лишили супругов единственных точек соприкосновения. Они были совершенно разными людьми. Александра Петровна была скромной и не прихотливой. Вспомним замечание фрейлины А.Ф. Тютчевой (1829 – 1889), великая княгиня на венчании была «очень просто причесана». Эта простота проявлялась во всём. В одежде, во внешнем виде, в пренебрежении к светским нормам и придворному этикету. И Александра Петровна не скрывала этого, открыто презирая высшее общество.
Несмотря на своё аристократическое происхождение, великая княгиня была лишена врождённого шарма и не желала нравиться мужчинам. Она была «белой вороной» в столичном обществе. А высший свет не прощает такое отношение к себе. Над ней стали посмеиваться, сочувствуя её бедному супругу.
Семейная жизнь дала глубокую трещину. Александра Петровна перестала интересовать мужа, как женщина. Он искал утешения на стороне и не скрывал своих увлечений.
Разлад в семье ещё более отвратил великую княгиню от высшего общества. Она замкнулась в себе, перестала ухаживать за собой, потеряв всякую женственность.
Александра Петровна посвятила себя детям и хозяйству. Разводила коров и птицу в имении. Занималась благотворительностью. Стала религиозной.
Её биограф Георгий Стефанович Левицкий отмечал, что ещё с юношеских лет Александра Петровна «убеждённая в любви к людям», раздавала все карманные деньги нуждающимся, а став великой княгиней руководила различными благотворительными учреждениями в столице.
В Галерной гавани великая княгиня основала Покровскую общину сестёр милосердия, открыла больницу, клиническую амбулаторию, лечебницу, учебное отделение для девочек-сирот младшего возраста и курсы фельдшериц.
На её средства в период русско-турецкой войны 1877 – 1878 годов был организован санитарный поезд.
После того, как супруг стал открыто сожительствовать с артисткой, родившей ему пятерых детей, Александра Петровна переехала в Киев. В Лукьяновке на высоком откосе Вознесенской горы ею был основан Свято-Покровский женский монастырь. Её заботами был возведён Покровский собор, бесплатная аптека, приют для слепых, бараки для заразных больных.
При монастыре были построены стационарная больница, и клиника для приходящих больных, оборудованные по последнему слову техники. Здесь даже находился «единственный в Киеве кабинет для снятия фотографий лучами Рентгена». Эта больница звалась «княгининской». Великая княгиня сама ассистировала на операциях. Все члены правящей династии Романовых относились к ней с большим уважением и навещали Александру Петровну в монастыре. Для многих детей династии Романовых она становилась крестной матерью.
Великая княгиня создала фонд в 2 миллиона рублей с тем, чтобы на эти деньги содержались 23 детских приюта, 21 больница в столице, и по одной больнице в Царском Селе и Петергофе.