Радость родителей по поводу рождения наследника престола и всё детство самого цесаревича были омрачены тяжёлой болезнью — гемофилией (несвёртываемостью крови), которую он унаследовал по линии матери от прабабушки — английской королевы Виктории. Болезнь причиняла ребёнку много страданий: от любого удара, ушиба, ссадины появлялась синяя опухоль от внутреннего кровоизлияния, причинявшая сильные боли. Мальчику требовался постоянный надзор и бдительность, особый уход. К нему были приставлены два матроса с императорской яхты «Штандарт»: боцман Деревенько и его помощник Нагорный.

Учитель царских детей Пьер Жильяр в своих воспоминаниях писал, что Алексей был центром тесно сплочённой Царской семьи, на нём сосредотачивались все привязанности и надежды. «Сёстры его обожали, и он был радостью своих родителей. Когда он был здоров, весь дворец казался как бы преображённым; это был луч солнца, освещавший и вещи, и окружающих». «Он вполне наслаждался жизнью, когда мог, как резвый и жизнерадостный мальчик. Вкусы его были очень скромны. Он совсем не кичился тем, что был наследником престола, об этом он всего меньше помышлял. Его самым большим счастьем было играть с двумя сыновьями матроса Деревенько, которые оба были несколько моложе его. У него была большая живость ума и суждения и много вдумчивости. Он поражал иногда вопросами выше своего возраста, которые свидетельствовали о деликатной и чуткой душе».

Как-то старшая сестра Ольга увидела его лежащим на земле и глядящим в небо. Она спросила, что он делает. «Мне нравится думать, размышлять», — ответил Алексей. Ольга спросила, о чём же ему нравится думать. «О, много о чём, — ответил мальчик, — я наслаждаюсь солнцем и красотой лета, пока могу. Кто знает, возможно, в один из этих дней я больше не смогу этого делать».

Все, кто знал цесаревича Алексея, отмечали, что он имел мягкое и доброе сердце, не мог никому причинить зла, не был заносчив или резок с окружающими. От отца он унаследовал простоту. Совсем не было в нём никакого самодовольства, надменности. Особенно быстро Алексей привязывался именно к простым людям. Нежно и трогательно он любил своего «дядьку» Деревенько, принимал горячее участие, если у прислуги случалось какое-нибудь несчастье. С интересом и глубоким вниманием вглядывался он в жизнь простых людей и часто говорил: «Когда буду царём, не будет бедных и несчастных! Я хочу, чтобы все были счастливы».

В петергофском парке Александрия цесаревич имел своё поле, на котором посадил рожь и в конце лета сам сжал её серпом, чтобы лучше прочувствовать труд простых людей. Алексей любил всё русское. Любимым музыкальным инструментом Алексея была балалайка, и он очень хорошо на ней играл.

Цесаревич Алексей с серпом.

Мальчик обладал большой аккуратностью, требовательностью к себе и другим, дисциплинированностью, но, как и его родители, не любил придворного этикета. Он не переносил лжи и не терпел её около себя. Его терпеливость и сильная воля ещё более развились и окрепли из-за частых физических страданий.

Царевич очень любил свою семью. Отец был для Алексея кумиром, мальчик старался во всём ему подражать. Искренне уважая всех старших, Алексей не подчинялся постороннему влиянию и слушался только отца. Царь Николай II как-то сказал о своём сыне министру: «Да, с ним вам не так легко будет справиться, как со мной».

Все близкие Алексея отмечали его религиозность. Вместе со всей семьёй он посещал богослужения в храме. Родители приучили его к молитве. Сохранились письма цесаревича, в которых он поздравляет родных с церковными праздниками, и его стихотворение «Христос Воскрес!», посланное им бабушке, вдовствующей императрице Марии Фёдоровне. Его письма матери, когда они были в разлуке, обязательно заканчивались словами: «Храни Тебя и сестёр Господь Бог!» В 1910 г. Иерусалимский Патриарх Дамиан, зная о благочестии наследника, подарил ему на Пасху икону «Воскресение Христово» с частицами камней от Гроба Господня и Голгофы.

Примерно в семь лет Алексей начал учиться. Как и все его ближайшие родственники, он получал домашнее образование. Занятиями руководила сама Государыня, которая выбирала и учителей. Алексей начал изучать Закон Божий, русский язык, арифметику. Чуть позже были добавлены география, французский и английский языки. Родители намеренно откладывали обучение сына иностранным языкам, чтобы у него прежде всего выработался чистый русский выговор.

Классная комната цесаревича была обставлена скромно, без роскоши. На шкафах, тянущихся вдоль стен, находились учебные пособия, счёты, карта разрастания России при Романовых, учебная коллекция уральских минералов и пород, микроскоп. В шкафах хранились книги учебного и военного содержания. Особенно много было книг по истории дома Романовых, изданных к 300-летию династии. Кроме этого там хранилось собрание диапозитивов по истории России, репродукции художников, альбомы и различные подарки. На двери — расписание уроков и завет Суворова.

Цесаревич Алексей с учителями (слева направо): П. Жильяр, дворцовый комендант В. Воейков, С. Гиббс, П. Петров.

Как отмечали учителя, наследник был очень умён и, как его сестра Великая Княжна Ольга Николаевна, схватывал всё на лету. Протопресвитер Георгий Шавельский писал о цесаревиче: «Господь наделил несчастного мальчика прекрасными природными качествами: сильным и быстрым умом, находчивостью, добрым и сострадательным сердцем, очаровательной у царей простотой; красоте духовной соответствовала и телесная».

С самого рождения жизнь Алексея Романова была подчинена одному — будущему царствованию. По традиции все царские дети — Великие Князья — в день своего рождения становились шефами или офицерами гвардейских полков. Цесаревич Алексей стал шефом 12-го Восточно-Сибирского стрелкового полка и атаманом всех казачьих войск. Он был внесён в списки двенадцати гвардейских воинских частей, так как в соответствии с традицией Российский император обязательно должен был быть военным. К моменту своего совершеннолетия наследник должен был иметь уже достаточно высокий воинский чин и числиться командиром одного из батальонов какого-либо гвардейского полка.

Император Николай II сам знакомил сына с русской военной историей, устройством армии и особенностями её быта. Для обучения цесаревича он организовал отряд из сыновей нижних чинов под руководством «дядьки» Деревенько. Отец сумел привить наследнику не только любовь к военному делу, но и почитание и уважение к русским воинам, которое передал ему от всех державных предков, всегда учивших любить простого солдата.

С самого раннего детства Алексей вместе с отцом часто присутствовал при приёме депутаций и на смотрах войск.

Юный атаман Алексей Романов.

Командир казачьей сотни П. Н. Краснов в своих воспоминаниях описывал случай, который произошёл в январе 1907 года. Николай II решил показать своего наследника казакам лейб-гвардии Атаманского полка.

Казаки очень любили своего юного атамана и будущего императора, были глубоко преданы ему. Когда Император с цесаревичем проходил мимо казаков, то Краснов с досадой отметил, что у казаков из его сотни закачались шашки. Краснов пошёл вслед за государем, и увидел, как наклонился и штандарт, а по лицу сурового вахмистра потекли слёзы. «И по мере того, как Государь шёл с наследником вдоль фронта, плакали казаки, и качались шашки в грубых мозолистых руках. Остановить это качание я не мог и не хотел», — вспоминал Краснов.

Алексей тоже любил своих воинов и осознавал свои обязанности перед ними, даже будучи ещё совсем малым ребёнком. По воспоминаниям Юлии Ден, фрейлины и подруги Государыни, однажды он увлечённо играл со своими сёстрами. И тут сообщили, что пришли казаки и просят разрешения видеть цесаревича. Шестилетний ребёнок тут же прекратил все игры и с важным видом заявил: «Девицы, уйдите, у наследника будет приём».