ניקולאוס נולד בארמון גטצ'ינה בגטצ'ינה לנסיך הגדול פול ולדוכסית הגדולה מריה פיוודורובנה של רוסיה (נולדה סופי דורותיה מווירטמברג). חמישה חודשים לאחר הלידה שלו, סבתו, קתרינה הגדולה, מתה וההורים שלו הפכו לקיסר ולקיסרית של רוסיה. הוא היה אחיו הצעיר של הקיסר אלכסנדר הראשון של רוסיה, אשר ירש את כס המלכות בשנת 1801, ושל הנסיך הגדול קונסטנטין פבלוביץ של רוסיה. ריאסנובסקי אומר שהוא היה, "האיש היפה ביותר באירופה, אבל גם קסום שהיה נהנה מחברת נשית והיה לעתים קרובות במיטבו עם הגברים". ב-13 ביולי 1817, ניקולאוס התחתן עם הנסיכה שארלוט של פרוסיה (1798-1860), אשר לאחר מכן הלכה בשם אלכסנדרה פיוודורובנה כאשר היא התגלה לאורתודוקסיה. הוריו של שארלוט היו פרדריק ויליאם השלישי מפרוסיה
ארמון גצ'ינה בגצ'ינה