С самых ранних лет родные и близкие ласково называли его Ники. Крещение младенца было совершено духовником императорской семьи протопресвитером Василием Бажановым в Воскресенской церкви Большого Царскосельского дворца 20 мая (2 июня) 1868 года; восприемниками (крёстными) были: Александр II, королева Дании Луиза Гессен-Кассельская, наследный принц Дании Фредерик, великая княгиня Елена Павловна.
Раннее детство Ники протекало по уже отработанной схеме: русские кормилицы в кокошниках, няни-англичанки, короткие платьица и сугубо женское окружение. Он рос здоровым и озорным ребёнком, так что членам императорской семьи частенько приходилось драть за уши расшалившегося наследника. Вместе со своими братьями Георгием и Михаилом и сёстрами Ольгой и Ксенией он рос в строгой, почти спартанской обстановке. Дети спали на простых солдатских койках с жёсткими подушками, по утрам принимали холодные ванны и обычно завтракали овсяной кашей. Александр III наказывал наставникам: «Ни я, ни великая княгиня не желаем делать из них оранжерейных цветов. Они должны хорошо молиться Богу, учиться, играть, шалить в меру. Учите хорошенько, послаблений не делайте, спрашивайте по всей строгости, не поощряйте лень в особенности. Если что, то адресуйте прямо ко мне. Я знаю, что нужно делать. Повторяю, что мне фарфора не нужно. Мне нужны нормальные, здоровые русские дети. Подерутся – пожалуйста, но доказчику (доносчику) – первый кнут».
Как мать, так и отец всегда уделяли детям много внимания. Мария Фёдоровна часто сама купала детей и выполняла работу, которую при дворе, как правило, выполняла прислуга. В одном из писем от 20 марта 1877 года она рассказывала своей матери: «Я только что от нянечки, где сама купала обоих мальчиков, сперва Ники, а потом Жоржи. Обычно я купаю ежевечерне лишь одного, но Жоржи так расплакался, когда я сначала дала обещание Ники, что я не смогла устоять, прочитав у него на личике огорчение и обиду, и искупала и его».2
Первым воспитателем Николая и его братьев являлся живший в России англичанин Карл Осипович Хис. Ему будущий царь обязан совершённым знанием английского языка, увлечением закаливанием и спортом – теннисом, греблей, конным спортом и немного боксом. Французский и немецкий языки преподавали Дюпейре и Гормайер. А Густав Лансон, автор «Истории французской литературы», привил Ники интерес к французской словесности и литературе. При этом он не имел оснований жаловаться на своего ученика, скорее наоборот. Цесаревич живо интересовался классической литературой, особенно Мольером, а также Лафонтеном, Мериме и Гюго.