Мать мальчика, названного при рождении Карл-Петер-Ульрих, умерла вскоре после его появления на свет, а в 11 лет он потерял и отца. Его воспитатели О. Ф. Брюммер и Ф. В. Берхгольц не отличались высокими нравственным качествами, не раз жестоко наказывали ребенка и мало заботились о его образовании: к 13 годам он лишь немного владел французским языком. Петр рос нервным, впечатлительным, любил музыку и живопись и одновременно обожал все военное. Именно с воинскими утехами были связаны все его честолюбивые мечты. По характеру он был скорее добродушным, чем злым. По некоторым сведениям, уже в детстве он пристрастился к вину. В 1742 Петр был привезен в Россию и своей теткой императрицей Елизаветой Петровной провозглашен наследником престола. Его крестили по православному обычаю под именем Петра Федоровича, а в 1745 женили на принцессе Анхальт-Цербстской, будущей императрице Екатерине II. Его воспитателем и учителем стал академик Я. Штелин, который считал своего ученика достаточно способным, но ленивым, одновременно отмечая в нем такие черты, как малодушие, жестокость по отношению к животным, склонность к хвастовству.

Отношения Петра с женой не сложились с самого начала: она была интеллектуально более развита, а он, наоборот, инфантилен. Его ум по-прежнему занимали детские игры, воинские экзерциции, и он совсем не интересовался женщинами. Считается, что до начала 1750-х гг. между мужем и женой не было супружеских отношений, но затем Петру была сделана некая операция, после которой в 1754 Екатерина родила ему сына Павла (будущий император Павел I). Однако Петр все больше отдалялся от жены; его фавориткой стала Е. Р. Воронцова (сестра Е. Р. Дашковой). В это же время ему было разрешено выписать полк голштинских солдат, и все свободное время он проводил, занимаясь с ними военными упражнениями и маневрами. Другим его увлечением была игра на скрипке.

За годы, проведенные в России, Петр никогда не делал попыток лучше узнать эту страну, ее народ и историю, он презирал многие русские обычаи, вел себя неподобающим образом во время церковной службы, не соблюдал посты и другие обряды. Елизавета Петровна не допускала его к участию в решении политических вопросов и единственная должность, на которой он хоть как-то мог себя проявить, была должность директора Шляхетского корпуса. Между тем Петр открыто критиковал деятельность правительства, а во время Семилетней войны публично высказывал симпатии к прусскому королю Фридриху II. Обо всем этом было широко известно не только при дворе, но и в более широких слоях русского общества, где Петр не пользовался ни авторитетом, ни популярностью.

В декабре 1761 Петр III вступил на престол. Упиваясь своей самодержавной властью, император развил бешеную деятельность, основной целью которой было доказать, что он способен управлять страной лучше покойной тетки. Однако какой-либо определенной политической программы у него не было. За шесть месяцев царствования он успел издать значительное число законодательных актов, среди которых необходимо отметить Манифест о вольности дворянства и указ о секуляризации церковной земельной собственности. Несомненно либеральным шагом со стороны Петра была ликвидация Тайной розыскных дел канцелярии. Политику императора отличала веротерпимость, он прекратил преследование старообрядцев и собирался осуществить реформу Русской православной церкви. В армии же он начал последовательно вводить прусские порядки, что не прибавляло ему популярности.

Внешнеполитическая деятельность Петра III носила более определенный характер. Он заключил мир, а затем и военный союз с Пруссией, сведя тем самым «на нет» все усилия России в Семилетней войне. Его главной целью стала война с Данией за герцогство Шлезвиг, принадлежавшее ранее его предкам по отцу. Война была объявлена в августе 1762, и император собирался сам выступить из Петербурга во главе гвардейских полков. Но осуществлению этих планов помешали события в столице России.

Беспорядочные, плохо продуманные действия Петра на внутриполитической арене лишили его сколько-нибудь широкой поддержки какого-либо социального слоя русского общества, а его внешняя политика оценивалась многими как предательство национальных интересов. Политика Петра, создающая политическую нестабильность, в придворных кругах порождала неуверенность в завтрашнем дне. Все это привело к перевороту 28 июня 1762, в результате которого императрицей была провозглашена Екатерина II. Петр в сопровождении караула гвардейцев во главе с А. Г. Орловым был отправлен в Ропшу в 30 верстах от Петербурга, где он и погиб при невыясненных обстоятельствах. По официальной версии, причиной смерти был приступ геморроя, усилившийся от продолжительного употребления алкоголя. По другой версии, Петр был то ли намеренно, то ли случайно (во время завязавшейся драки) убит охранявшими его гвардейцами, причем возможно дня на два ранее объявленной затем даты. Существует также предположение, что он умер от инсульта, вызванного шоком. Первоначально он был похоронен в Александро-Невской лавре, но в 1796 по приказу Павла I его тело было перенесено в Петропавловский собор.