Елизавета Петровна родилась 18 декабря 1709 года во дворце в Коломенском. Царь Петр как раз торжественно отмечал победу над шведами под Полтавой. Елизавета тогда была незаконным ребенком, рожденным от внебрачной связи Петра с Мартой Скавронской, позднее императрицей Екатериной I. Она была уже пятым ребенком необычайной пары. Два мальчика и одна девочка умерли, жива была только родившаяся в 1708 году Анна. После рождения о Елизавете вновь появляются сведения в феврале 1711 года, когда Петр и Екатерина официально вступили в брак. Анна и Елизавета выступали в качестве подружек невесты. Сами они еще не могли выполнять эту задачу, и две племянницы царя взяли на себя исполнение их обязанностей. Анна и Елизавета присутствовали и на коронации матери в 1724. В остальное время они росли во дворце в Коломенском, окруженные заботой служанок – русской, Ильиничны, и финки Лизаветы Андреевны. Только по случаю Петр приказывал, чтобы его «маленькая курочка» Елизавета пришла и танцевала перед гостями.

Позднее Петр и Екатерина отдали дочерей под надзор Прасковьи Федоровны. Петр не любил Прасковью, потому что она в своем брюзгливом милосердии оказывала помощь всевозможным паломникам и бездомным, больным и нуждающимся, чем многие и пользовались. Но Прасковья была почитаемая вдова Ивана V, и Петр до определенной степени слушался ее, если речь шла о соблюдении династических интересов. Поэтому он передал ей дочерей и позаботился о том, чтобы им наняли французских, итальянских, немецких и греческих учителей. Это был первый случай в русской истории, чтобы в воспитании и образовании царских дочерей столь интенсивно участвовали иностранцы.

Петр рано приобщил Елизавету к своим желаниям связать династию Романовых с западноевропейской аристократией. Когда в 1717 году он посещал Париж, в неопределенной форме говорилось – в интересах улучшения французско-русских отношений – о возможном будущем браке Елизаветы и французского короля Людовика XV. Французский двор воспринял эту идею скептически. Елизавета была рождена вне брака и не была католичкой! Петр I похоронил этот план только тогда, когда Людовик XV обручился с испанской инфантой. Одновременно Петру предложили герцога Шартрского, сына французского регента, в качестве жениха для Елизаветы в надежде, что Петр поддержит его кандидатуру на польский престол. Но Петр I не хотел выдавать Елизавету замуж только после смерти польского короля Августа II. Продолжительные переговоры не принесли результата.

Императрица Екатерина I также проявляла заботу о выборе мужа для Елизаветы. Сестра Анна в 1725 году была выдана замуж за герцога Карла Фридриха Гольштейн-Готторпского. Екатерина I заинтересовалась маркграфом Карлом Бранденбургским из прусской королевской фамилии. Узнав, что помолвка Людовика XV с испанской инфантой вновь расторгнута, Екатерина вновь устремила свои надежды в направлении Франции. Вновь прошли месяцы ожидания. Когда, наконец, Санкт-Петербурга достигла новость о том, что Людовик XV обручился с Марией Лещинской, дочерью низложенного польского короля Станислава Лещинского, Екатерина была в ярости. Как могли во Франции отвернуть дочь российской императрицы! Из Парижа поступил вежливый отказ. Принадлежность Елизаветы к православной церкви посчитали решающим препятствием для женитьбы.

Императрица была по-прежнему решительно настроена выдать Елизавету замуж за представителя европейской высшей аристократии. Когда был предложен Мориц Саксонский, которому прочили герцогство Курляндское, Елизавета резко запротестовала: «Я не хочу быть, как все другие принцессы, которых приносят в жертву государственным соображениям. Я хочу заключить брак по любви и наслаждаться тем, что люблю мужчину, за которого выхожу замуж». В этом пункте она восстала против до сих пор беспрепятственно действовавшей традиции. Она имела в виду конкретного мужчину: Карла Августа Гольштейнского, брата короля Швеции и принцессы Анхальт-Цербстской. Екатерине I идея понравилась, и она пригласила Карла Августа в Петербург. Он прибыл в октябре 1726 года. Елизавета испытывала симпатию к 22-летнему мужчине. Екатерина наградила его орденом Святого Андрея, и французский посланник сообщал в Версаль о том, что свадьба якобы дело решенное.

7 января 1727 года было официально объявлено о помолвке Елизаветы с Карлом Августом. Накануне Екатерина тяжело заболела. Обручение было отложено до ее выздоровления. Императрица оправилась, однако в апреле произошел рецидив. Врачи опасались скорой кончины. Екатерина умерла, и на престол взошел Петр II. До достижения Петром совершеннолетия правил состоявший из девяти членов регентский совет. Анна Петровна и Елизавета были самыми титулованными его членами. В случае, если бы Петр не оставил после себя детей, обе сестры, в соответствии со своим возрастом, занимали первые места среди наследников престола.

Екатерина оставила дочерям богатое наследство. Елизавета получила свыше миллиона рублей и годовое содержание 100 тысяч рублей за передачу права престолонаследия Петру. Личное имущество Екатерины – драгоценности, мебель, экипажи и столовое серебро – сестры поделили между собой. Елизавета искренне оплакивала мать и находила утешение у Карла Августа. О ее обручении было объявлено 27 мая 1727 года. Однако мечта осталась неосуществленной. В тот же день Карл Август заболел и слег в постель. У него была оспа, и четыре дня спустя он умер. За скорбью следовало несчастье. Меншиков обманом лишил дочь Петра части материнского наследства. Елизавета отвоевала себе скромный придворный штат, но достаточно часто бывала без средств. Полные лишений годы, которые продолжались при императрице Анне Ивановне, наложили на нее сильный отпечаток. Много позднее она упрекнула однажды будущую императрицу Екатерину II, «что должно избегать расходов, пока владеешь малым. Если она делала долги, то боялась бы вечного проклятия, потому что она умерла бы и не было бы никого, чтобы оплатить ее долги, а ее душа попала бы в ад, и этого она боялась. По этой причине она при каждом удобном случае носила дома и на выходах простые платья с верхом из белой тафты и черное пальто поверх. Так она экономила деньги, потому в стране и во время путешествий она стремилась не носить ничего дорогостоящего и ценного».

Анна в 1727 году переселилась в Киль. Елизавета осталась одна и сознательно сблизилась с Петром II. Оба они были привязаны друг к другу, и Елизавета не могла скрывать своей неприязни к Меншикову. Когда Петр заболел, она заботилась о нем и уговаривала его удалить Меншикова от двора. Родовитые дворяне, как Долгорукие, разделяли это желание. Участие Елизаветы в свержении Меншикова бесспорно. 25 сентября 1727 года Меншиков был схвачен по обвинению в том, что тайно состоит на шведской службе. Он был сослан вместе со всей семьей.

1727 год принес события, имевшие решающее значение: Петр II был в Москве коронован императором. В Киле Анна Петровна произвела на свет сына Карла-Петра-Ульриха. Вскоре после этого она умерла. Елизавета очень близко приняла смерть сестры и даже временно удалилась от официальной дворцовой жизни. Она сблизилась с почти ровесником ей графом Семеном Нарышкиным и переехала в подмосковное Измайлово. Ее сопровождали среди прочих Михаил Воронцов, Александр и Петр Шуваловы, французский врач Арман Лесток и Семен Нарышкин. Все эти мужчины позднее принадлежали к тем, кто возвел Елизавету на трон и оказывали значительное влияние на ее политику.

30 января 1730 года умер Петр II. Накануне ночью врач Лесток хотел уговорить Елизавету тотчас же заявить о своих притязаниях на престол. Елизавета отклонила это предложение. Она исходила из того, что она и без того является ближайшей претенденткой на престол и могла представить себе только единственный иной вариант: малолетний сын умершей сестры Анны Карл-Петер-Ульрих провозглашается наследником престола и она, Елизавета, осуществляет регентство.