Он появился на свет 6(18} мая 1868 г. в Александровском дворце Царского Села, там, где в 1845 г. родился его отец, Александр Александрович (в будущем — император Александр III); в том самом дворце, который весной 1917 г. станет первой тюрьмой для семьи последнего русского царя. Его нарекли Николаем, в память умершего за три года до того цесаревича Николая, старшего сына императора Александра II. Смерть в апреле 1865 г. наследника короны вызвала горечь и сожаление во многих русских сердцах, но особенно остро ее переживали родители, император Александр II и императрица Мария Александровна (урожденная гессен-дармштадтская принцесса) и брат цесаревича Александр. Он искренне любил старшего брата, который был близок ему по духу, был его единственным верным другом, хранителем юношеских тайн.

Так уж получилось, что от брата Николая (Никса) Александр унаследовал не только нежеланный статус цесаревича, но и его невесту, урожденную датскую принцессу Дагмар (Мария-София-Фредерика-Дагмар). Это брачная партия не была холодным династическим союзом, во имя которого приносятся в жертву личные симпатии. Молодые люди любили друг друга. Дочь датского короля Христиана IX приняла православие и при миропомазании получила имя Марии Федоровны.

28 октября 1866 г. в Петербурге состоялась торжественная брачная церемония. Марии Федоровне было тогда девятнадцать лет, Александру Александровичу — двадцать один год. Брак был счастливым. Они прожили в мире и согласии 28 лет. Помимо сына Николая в этой семье родилось еще пятеро детей: Александр (1869-1871), Георгий(1871-1899), Ксения (1875-1960), Михаил (1878-1918), Ольга (1882-1960). Рождение первенца цесаревич и цесаревна ждали с большим волнением, ждали полтора года, пережив за это время страхи и опасения. Александра даже стала посещать страшная мысль, что, может быть, и вообще у них с Минни (так все в семейном кругу звали Марию Федоровну) не будет детей. Но Бог оказался милостив к ним, и жена родила здорового и крепкого мальчика.

Это событие счастливый отец описал в дневнике: «Минни разбудила меня в начале 5-го часа, говоря, что у нее начинаются сильные боли и не дают ей спать; однако по временам она засыпала и потом опять просыпалась, [и так] до 8 часов утра. Наконец мы встали и отправились одеваться. Одевшись и выпив кофе, пошел скорее к моей душке, которая уже не могла окончить свой туалет, потому что боли делались чаще и чаще и сильнее… Я скорее написал Мама записку об этом, и Мама с Папа приехали около 10 часов, и Мама осталась, а Папа уехал домой. Минни уже начинала страдать порядочно и даже кричала по временам. Около 12 1/2 жена перешла в спальню и легла уже на кушетку, где все было приготовлено. Боли были все сильнее и сильнее, и Минни очень страдала. Папа вернулся и помогал мне держать мою душку все время. Наконец в 1 /2 3 пришла последняя минута, и все страдания прекратились разом. Бог послал нам сына, которого мы назвали Николаем. Что за радость была — это нельзя себе представить. Я бросился обнимать мою душку жену, которая разом повеселела и была счастлива ужасно. Я плакал как дитя и так было легко на душе и приятно».

В императорской фамилии появился новый великий князь, а у императора Александра II — первый внук. Событие было ознаменовано 101 орудийным залпом в Петербурге, наградами высшим должностным лицам империи. Через две недели, 20 мая (1 июня), в церкви Большого Царскосельского дворца состоялись крестины. Восприемниками были: Александр II, великая княгиня Елена Павловна (вдова брата царя Николая I, великого князя Михаила Павловича), датская королева Луиза и наследник датского престола принц Фредерик (король Дании Фредерик VIII в 1906-1912 гг.). По давней традиции малютке — великому князю были пожалованы высшие ордена России: Святого Апостола Андрея Первозванного, Александра Невского, Белого Орла, а также Святой Анны и Святого Станислава первых степеней. Все были счастливы, но больше всех — родители. Через несколько дней Александр Александрович записал: «В этот год свершилось пламенное и самое большое наше желание с женой, а именно: Бог послал нам свое высочайшее благословение — сына. За это мы будем всегда благодарить Всевышнего, тем более что оно нам не легко досталось, и несмотря на ужасные минуты, где мы приходили в отчаяние с женой, мы постоянно надеялись на Бога, и Он нас не оставил и вознаградил наше терпение столь отрадным появлением на свет нашего ангела — первенца».

Великий князь Николай Александрович родился тогда, когда его отец был наследником престола. Сын цесаревича становился в перспективе сам цесаревичем, а затем — монархом. Законы о престолонаследии появились в России в самом конце XVIII в., когда император Павел I в 1797 г. издал особый указ и собрание нормативных актов, получивших название «Учреждение об императорской фамилии». Прожив много лет под угрозой отлучения от прав на трон, нелюбимый сын Екатерины II решил придать законодательную форму процессу перехода власти и кодифицировать статус всех членов императорской фамилии. Эти положения определяли права и преимущества членов правящей династии на протяжении почти всего XIX в., вплоть до 1886 г., когда, при императоре Александре III, в существовавшую практику были внесены некоторые изменения и коррективы. Если раньше все потомки императора имели звания великих князей, титуловались императорскими высочествами и имели право получать ежегодное денежное содержание, то после 1886 г. это право получали лишь дети и внуки императора. Все же остальные именовались «князьями императорской крови», титуловались просто «высочествами» и получали лишь единоразовую денежную выплату при рождении.

По своему положению члены фамилии подразделялись на несколько степеней, в зависимости от их родственной близости к монарху. С начала XIX в. состав династии постоянно расширялся. У императора Павла I было девять детей, а у его сына, императора Николая I, — семь. За исключением Ольги Павловны (1792— 1795), все имели собственные семьи, и эти родственные узы опутали царский дом густой сетью семейных связей со многими владетельными домами, особенно в Германии, которую злоязычный германский канцлер князь О. Бисмарк называл «племенной фермой Европы». В XIX в. в составе императорской фамилии появились носители иностранных титулов, узаконенные в России: герцоги Мекленбург-Стрелицкие (брак племянницы Николая I Екатерины Михайловны с герцогом Георгом Мекленбург-Стрелицким в 1851 г.); принцы Ольденбургские (брак дочери Павла Екатерины с принцем Петром-Фридрихом Ольденбургским в 1809 г.); герцоги Лейхтенбергские (брак дочери Николая I Марии с герцогом Максимилианом Лейхтенбергским в 1839 г.).