Екатерина родилась 15 апреля 1684 года в Литве в семье латышского крестьянина Самуила Скавронского . До принятия православия Екатерина носила имя Марта. Образования она не получила и до конца дней умела лишь ставить подпись. Юность свою провела в доме пастора Глюка в Мариенбурге, где была прачкой и кухаркой. Пастор выдал Марту замуж за шведского драгуна, пропавшего вскоре на войне.

25 августа 1702 года при взятии Мариенбурга русскими войсками Марта сначала стала военным трофеем. Она попала в обоз фельдмаршала Б.П. Шереметева, который отдал ее А.Д. Меншикову, другу Петра I.

Вскоре в 1703 году у Меншикова Марту увидел царь Петр, и эта встреча решила судьбу 18-летней прачки окончательно. Хотя по современным представлениям, она не была красавицей, черты лица ее были неправильными, все же Петру она запала в душу. Постепенно отношения Петра и Марты становились более близкими. Она умела приспособиться к царским капризам, мирилась с его вспышками гнева, помогала во время приступов эпилепсии, делила с ним трудности походной жизни, незаметно став фактической женой царя.

28 декабря 1706 года эта связь государя закрепилась рождением дочери Екатерины, к сожалению, девочка умерла в 1708 году.

Когда Марта крестилась в православие, то сменила имя на Екатерину Алексеевну Михайлову поскольку крёстным отцом её был царевич Алексей Петрович, а фамилию Михайлов использовал сам Пётр I, если желал остаться инкогнито.

С 1709 года Екатерина уже не покидала царя, сопровождая Петра во всех походах и поездках. В Прутском походе 1711 года, когда русские войска были окружены, она спасла мужа и армию, отдав турецкому визирю свои драгоценности и склонив его к подписанию перемирия. Об этой ее услуге Петр никогда не забывал.

По возвращении из похода на турок 19 февраля 1712 года в Петербурге была сыграна скромная свадьба адмирала Петра Михайлова (псевдоним царя). При этом все знали, что это была не шутовская свадьба – Екатерина стала настоящей царицей. Ещё до законного замужества за Петром Екатерина родила дочерей Анну и Елизавету. Обе они, тогда бывшие в возрасте 3 и 5 лет, исполняли на свадьбе обязанности фрейлин и получили официальный статус цесаревен.

По силе воли и выносливости Екатерина не уступала мужу: с 1704 до 1723 года она родила 9 детей, большинство которых умерло в младенчестве, но частые беременности проходили для нее почти незаметно и не мешали сопровождать мужа в его странствиях. Она была настоящей «походной офицерской женой», способной спать на жесткой постели, жить в палатке и делать верхом на лошади долгие переходы. В 1714 году в память Прутского похода царь учредил орден Св. Екатерины и наградил жену в день ее именин. Она стала матерью любимых им детей, хранительницей домашнего очага, которого у царя раньше никогда не было.

23 декабря 1721 года Сенат и Синод признали ее императрицей. Для ее коронации 7 мая 1724 года была изготовлена корона, превосходившая великолепием корону царя, Петр сам возложил ее на голову жены. Коронование происходило в Москве в Успенском соборе Кремля. До сих пор ни одна из русских цариц, кроме Марины Мнишек, не удостаивалась такой чести.

У Екатерины Алексеевны с Петром были дети: Екатерина (1706–1708 годы); Анна (1708–1728 годы), которая в 1725 году вышла замуж за германского герцога Карла-Фридриха; Елизавета (1709–1761 года), которая была российской императрицей в 1741–1762 годах; Наталья (1713–1715 годы); Маргарита (1714–1715 годы; Петр (1715–1719 годы), который считался официальным наследником короны с 1718 года до смерти; Павел (родился и умер в 1717 году); Наталья (1718–1725 годы); Петр (1719–1723 годы).

В честь жены Петром I учреждён орден Св. Екатерины в 1714 году и назван город Екатеринбург на Урале в 1723 году. Имя Екатерины I носит также Екатерининский дворец в Царском Селе, выстроенный при её дочери Елизавете.

В конце жизни Петра отношения его с Екатериной стали натянутыми из-за предполагаемого увлечения императрицы другим мужчиной. В начале января 1725 года их дочь Елизавета смогла свести отца и мать и устроить хотя бы внешне их примирение. Царица долго стояла на коленях перед царем, испрашивая прощения всех своих проступков; разговор длился больше трех часов, после чего они поужинали вместе и разошлись.

По смерти Петра члены Сената, Синода и генералитета явились во дворец в ночь с 27 на 28 января 1725 года. В их среде были две партии. Одна за возведение на престол малолетнего внука Петра Великого, Петра Алексеевича. Другую партию составляли «новые русские люди», сделавшие карьеру благодаря исключительно личной выслуге. Их кандидаткой была Екатерина Алексеевна.

Видя, что сила на стороне враждебной ей аристократии, Екатерина не хотела оставаться безучастной к решению своей судьбы. Уплатой из собственных сумм недоданного, вследствие недостатка в казне денег, жалованья, щедрыми наградами и облегчением служебных обязанностей она привлекла на свою сторону гвардию и петербургский гарнизон. Перед рассветом неизвестно каким образом в зале, где шло совещание, оказались гвардейские офицеры, ультимативно потребовавшие воцарения Екатерины, а на площади перед дворцом были выстроены под ружье два гвардейских полка, выражавшие поддержку императрице барабанным боем. Это заставило прекратить спор. Екатерину признали действующей императрицей.

Екатерина I Алексеевна царствовала благополучно и даже весело, не занимаясь делами, в которых плохо разбиралась. Бремя правления она передала давно уже близкому ей человеку, интересы которого были крепко связаны с ее интересами – Меншикову. Ее царствование продолжалось всего 27 месяцев. Балы, празднества, застолья и кутежи, следовавшие непрерывной чередой, подорвали её здоровье.

Последние месяцы царствования Екатерины были заняты решением вопроса о престолонаследии. Она хотела передать трон дочери, Елизавете Петровне. Против кандидатуры любой из цесаревен, Анны или Елизаветы, была не только знать, но и большинство лиц, помогавших воцарению Екатерины, так как они не желали подчиняться мужу первой, герцогу Голштинскому, или жениху второй, князю Любскому.