彼得是彼得大帝的外孙子，全名为卡尔·彼得·乌尔里希，是彼得大帝长女安娜公主和荷尔施泰因-戈托普公爵卡尔·腓特烈所生。按照父系家谱，彼得是瑞典国王卡尔十二世的侄孙，所以起初彼得一直是准备继承瑞典王位的。安娜公主在彼得降生后举行的庆祝晚会上观看焰火，但不幸受风得病，不久就不治而逝。彼得11岁的时候，父亲又病故，这样彼得的教育完全由叔父阿道夫·腓特烈负责。阿道夫·腓特烈邀请了几位宫廷教师，负责彼得的文化教育。
尽管彼得是瑞典王位继承人，但仍受到教师的严厉管教，每当他行为出轨，他的老师就对他进行体罚，命令他跪在豆子上，而且体罚时间还很长。实际上阿道夫·腓特烈请来的教师并没有教彼得什么文化知识，到了13岁的时候，彼得只是略通法文而已。
自小在这样的环境下长大，彼得的性格变得胆小，多疑，而且神经质。彼得喜欢军事游戏，他最心爱的玩具就是一套木制的士兵木偶。他还喜欢军服，喜欢观看军队的队列表演，但是对炮声却异常恐惧。据记载，彼得体弱多病，时常说谎，并伴有病态的幻想。此外彼得自幼就很喜欢葡萄酒。
1741年，彼得大帝女儿伊丽莎白公主发动宫廷政变，登基成为伊丽莎白女皇。为巩固罗曼诺夫王朝彼得大帝这一支，伊丽莎白决定把外甥，即姐姐安娜的儿子彼得选为继承人。1742年，在伊丽莎白的加冕仪式上，正式宣布彼得为皇储。彼得被接到俄罗斯以后，洗礼皈依了东正教，该名彼得·费奥多罗维奇。彼得自幼在德国长大，不会说俄语，对俄罗斯的东西也不感兴趣，整天以各类军事游戏，观看军队列阵度日。
见到彼得后，伊丽莎白女皇对这个外甥感到很失望。彼得看起来很瘦弱，病怏怏的，面色也不健康。伊丽莎白为他找了最好的老师，可是彼得生性懒惰，对周围事物很冷淡，而且作风浮夸，爱慕虚荣。就这样彼得在老师指导下学习了三年，毫无长进，甚至连俄语也没有掌握。
1745年，在伊丽莎白女皇主持下，彼得迎娶安哈尔特-采尔勃斯特公国的索菲娅公主为妻。安哈尔特-采尔勃斯特公国是德国中部很小的一个公国，当时人口也不过12000人。索菲娅公主嫁给彼得以后，也皈依了东正教，改名为叶卡捷琳娜·阿列克谢耶芙娜。伊丽莎白女皇下诏，赐给彼得和叶卡捷琳娜两处封地，一处是圣彼得堡近郊的奥拉宁鲍姆，另一处是莫斯科近郊的柳别尔齐。
彼得和叶卡捷琳娜的关系一开始就很冷淡。叶卡捷琳娜的文化修养远在彼得之上，举止得体，而彼得的智力水平似乎仍停留在幼年时代，喜欢玩军事游戏，士兵木偶整日不离手，而且对女人丝毫不感兴趣。两人婚后5年，才生下了儿子，取名保罗。保罗一降生，就被伊丽莎白女皇下令抱走，指定由专人负责照料皇孙，而且彼得夫妇只能每个星期探望保罗一次。彼得从未关心过儿子的情况，每个星期探望一次，对他来讲已是很多。后来彼得同妻子的关系更加冷淡，发展到公开包养情妇，而且彼得也从不隐瞒这一事实。
1750年初，伊丽莎白女皇允许彼得建立一支不大的军团，士兵全部来自荷尔施泰因。到了1758年的时候，彼得的荷尔施泰因军团人数已经超过了一千五百人。
此时彼得无暇旁顾，主要兴趣都集中在训练这支部队如何出操列队的问题上。
在俄罗斯生活期间，彼得从未试图了解俄罗斯，对俄罗斯的文化传统不感兴趣，从来不遵守东正教教规，甚至在各类宗教仪式上也表现得有失庄重。在叔叔阿道夫·腓特烈成为瑞典国王后，彼得抱怨说：把我拖到这个令人诅咒的俄罗斯，我简直就是被逮捕一样；如果当初给我自由，现在我不就坐在文明国家的君主位子上了么。
在七年战争期间，尽管俄罗斯和普鲁士是敌对国家，彼得仍公开对普鲁士国王腓特烈二世表示支持，毫不隐瞒腓特烈二世就是他的崇拜偶像，并多次向腓特烈二世提供军事情报。
伊丽莎白女皇对外甥的出格举动很清楚，但一次又一次地原谅了彼得，只因为彼得是伊丽莎白心爱而又早逝的姐姐的孩子。但是俄罗斯宫廷内外对这位皇储毫无好感，彼得在贵族中间也没有什么威信。
1762年年初，伊丽莎白女皇病逝，彼得成为俄罗斯帝国的第七位皇帝，史称彼得三世。但是由于彼得按照母系来自俄罗斯罗曼诺夫家族，按照父系却是来自德国荷尔施泰因-戈托普家族，所以他的这一支被称作罗曼诺夫-荷尔施泰因-戈托普家族，属于欧洲著名的奥尔登堡家族。后来彼得三世的后裔依然留在了俄罗斯帝国皇帝位子上，所以自此俄罗斯帝国的罗曼诺夫王朝的正式名称变为罗曼诺夫-荷尔施泰因-戈托普王朝。
由于彼得三世登基，王朝属于奥尔登堡家族，俄罗斯皇室和欧洲的许多皇室成为亲戚。至今英国王室和挪威王室在血统上仍属于奥尔登堡家族，尽管英国王室的正式称呼是温莎王朝，但从父系家谱来看，英国查尔斯王子确实是奥尔登堡家族的继承人。
彼得三世登基后，开始了积极的政务活动。彼得三世在皇帝的位子上一共坐了半年，但在这半年里签署了大量法令。彼得三世的功过是非至今毁誉参半，大多数人以叶卡捷琳娜二世时代流传下来的正史为依据，认为彼得三世是个神经质的怪人，智力水平发展一直停留在孩童时代；身为一国之君，但对周围的一切，包括他统治下的俄罗斯非常冷淡，漠不关心，乃至大肆出卖国家利益。另一些人认为这种说法是站不住脚的，彼得三世固然出卖了俄罗斯国家利益，但并非昏庸不堪，而且这段正史是在叶卡捷琳娜时代编纂，而叶卡捷琳娜可以说是彼得三世不共戴天的仇人，焉知其中没有隐情。
在彼得三世统治的半年时间里，进一步推行了大量改革措施。根据彼得三世签署的法令，解散了秘密刑侦衙门，没收了教会的土地，建立国家银行，扶助工商业发展，接触外贸禁令，停止了对旧礼仪派教徒的迫害。根据彼得三世签署的《贵族自由宣言》，俄罗斯贵族不必像彼得大帝时代那样终身服役，或者像安娜女皇时代那样必须服役25年，如今贵族完全不必服役，获得了空前特权。其中一条就是任何一个贵族都可以随时出国，可以随意处置其名下的封地。可以说，彼得三世时代的俄罗斯贵族所获得的自由，是一个分封建制的君主制国家里的极限。
历史学界认为，这些历史功绩不应该全部记在彼得三世帐上：沃伦佐夫和舒瓦洛夫等人制定的改革措施在伊丽莎白女皇时代均已准备就绪，彼得三世不过是签署了法令而已。无论如何，从伊丽莎白女皇时代开始的改革措施，由彼得三世签署颁布，在叶卡捷林娜时代得以推广执行，成为19世纪俄罗斯获得空前繁荣的重要前提。
彼得三世最为人诟病的一个决定就是放弃在七年战争中的所有胜利果实，单独与普鲁士媾和。作为普鲁士国王腓特烈二世的忠诚粉丝，彼得三世的选择本属情理之中，但他的让步幅度之大实属意料之外。
为了进行和平谈判，普鲁士国王腓特烈二世向俄罗斯派出了一位名叫亨利·冯·格利茨的特使。彼得三世向来对普鲁士的军事和政治制度视为圭臬，所以对这位和谈特使的意见可以说是言听计从，差一点就委托人家替他来制定俄罗斯的对外政策了。
俄罗斯和普鲁士签订的合约规定，俄罗斯归还整个东普鲁士以及七年战争期间占领的所有土地，俄罗斯退出战争并转而与普鲁士结盟。条约一出，整个俄罗斯为之震动和迷茫之中，彼得三世的做法招致了很多人的不满。
早在伊丽莎白女皇统治末期，朝中的很多大臣和禁军将领们就看出了将来彼得三世不会为俄罗斯利益打算，所以多次酝酿了宫廷政变，意在废黜彼得的皇储身份。但这些政变屡屡隐而未发，一是因为没有找到合适的接替人选，二是碍于伊丽莎白女皇。叶卡捷琳娜也参与策划了这些政变计划，曾提出要和彼得三世分享权利，共同做皇帝。朝中的贵族奥尔洛夫兄弟，伊兹麦洛沃军团，普列阿布拉仁斯基军团的部分军官积极参与了政变策划。后来反对彼得的人越来越多，甚至连皇子保罗的老师潘宁，沃尔康斯基公爵等人也站到了叶卡捷琳娜一边。
伊丽莎白女皇逝世后，叶卡捷琳娜仍没有发动政变，原因是她这时怀有五个月的身孕，而在四月生下了一个男孩，孩子的父亲是叶卡捷琳娜的情人格里高利·奥尔洛夫。孩子降生后，彼得三世大为震怒，威胁要把叶卡捷琳娜废黜，送进修道院。
叶卡捷琳娜面对丈夫的威胁，并没有感到恐惧，因为她非常了解自己的实力，知道很多人对彼得三世不满，都在寻隙废黜他，所以只要尽可能地拖延，就能争取到更多的支持者。叶卡捷琳娜要做的就是选择一个合适的时机下手。另一方面彼得三世根本就没有把叶卡捷琳娜放在眼里，对即将来到的政变风暴毫无察觉。尽管彼得三世手下的人多次向他密报政变阴谋，但他依旧不以为然。
1762年6月28日，彼得三世像往常一样，前往奥拉宁保姆，出席一个庆祝活动。按照日程安排，皇后叶卡捷琳娜应该在那里等候他，但彼得三世到来的时候，叶卡捷琳娜已经无影无踪了。原来她情人的弟弟阿列克谢·奥尔洛夫提前一步赶到，通知叶卡捷琳娜，说在圣彼得堡逮捕了几位禁军军官，政变有可能因此流产，所以应该刻不容缓，提前发动政变。叶卡捷琳娜就和阿列克谢乘船返回了圣彼得堡。
叶卡捷琳娜刚抵达圣彼得堡，禁军，枢密院，长老院和首都民众就向她宣誓效忠，此后叶卡捷琳娜把禁军集合起来，向奥拉宁鲍姆方向进发，去捉拿彼得三世。
接到发生宫廷政变的消息，彼得三世惊慌失措。手下人建议他立刻动身前往喀琅施塔德，率领海军和忠于他的部队，依托普鲁士，向圣彼得堡反攻。彼得三世拒绝了这个建议，孩子气地指挥手下的荷尔施泰因军团，要固守在当地一座平时用作训练的木制城堡里。后来听说叶卡捷琳娜带领精锐禁军前来，又改变主意，带上身边的情妇和随从，逃往喀琅施塔德。等他到达喀琅施塔德的时候，当地驻军宣布，他们已经向叶卡捷琳娜宣誓效忠了，所以不能接纳彼得三世。此后彼得三世完全丧失了斗志，连逃往普鲁士的勇气都没有了，乖乖地按照叶卡捷琳娜的意思，回到了奥拉宁鲍姆，签署了退位诏书。
一个星期后，彼得三世死在了距离圣彼得堡三十公里的罗普舒。死因至今不明。
