Наследник родился 12 августа 1904 года — через год после того, как царская семья ездила в Саров на прославление преподобного Серафима. Рождения сына в императорской семье ждали долго. Но радость длилась недолго. Через несколько недель выяснилось, что мальчик болен гемофилией: кровь у него почти не свёртывалась, и жизнь всё время висела на волоске — опасным могло стать любое кровотечение.

Он был центром семьи: на нём сходились все привязанности и надежды. Болезнь наследника считалась государственной тайной, поэтому родители переживали её молча, участвуя в обычном распорядке дворцовой жизни. Осенью 1912 года от неосторожного движения началось внутреннее кровотечение, положение стало таким серьёзным, что за жизнь цесаревича боялись всерьёз, — и по всей России в храмах служили молебны о его выздоровлении. Мать понимала, что медицина здесь бессильна, и надеялась только на чудо; ради сына она готова была поверить любому, кто обещал облегчить его страдания.

Когда началась война и государь принял на себя командование армией, он часто брал сына с собой в Ставку. После отречения отца мальчик разделил с семьёй арест в Царском Селе, ссылку в Тобольск и последние месяцы в Екатеринбурге, в доме инженера Ипатьева. Весной 1918 года, когда родителей увозили из Тобольска, он был так болен, что везти его было нельзя. Мать всё же поехала за мужем, а сын с сёстрами остался в Тобольске и был доставлен в Екатеринбург позже, когда поправился.

В екатеринбургском доме жилось тяжело: обыски, сон на полу, скудная еда, пять минут прогулки в день, постоянные издевательства охраны. Свидетели вспоминают узников этого дома как людей страдающих, но покорных воле Божией: они молились, читали, старались поддерживать друг друга. В ночь на 17 июля 1918 года семью разбудили под предлогом переезда в безопасное место. Государь нёс Алексея на руках — сам мальчик идти не мог. В полуподвальной комнате по просьбе императрицы принесли два стула: на них сели она и сын. Через несколько минут всех расстреляли.

Память страстотерпцев приходится на день их гибели, 4 (17) июля; вспоминают их и вместе с Собором новомучеников и исповедников. Икону царевича Алексея чаще всего берут в дом, где растёт болеющий ребёнок, и как именной образ для мальчиков с именем Алексей.