De vader van Tsjaikovski was een Oekraïner die als mijnbouwingenieur werkte. De grootvader van zijn moeder was een Fransman die naar Rusland was verhuisd. Zij was een nerveuze vrouw en Tsjaikovski kan zijn nerveuze karakter van haar hebben gekregen. Tsjaikovski was pas vijf jaar oud toen hij pianolessen begon te nemen. Hij was al snel beter dan zijn leraar. De familie had een orchestrion (een soort muziekdoos) die enkele melodieën uit de klassieke muziek van Mozart, Bellini, Donizetti en Rossini speelde.
In 1848 verhuisde het gezin naar St. Petersburg. Tsjaikovski was ongelukkig en onrustig omdat hij vaak gescheiden was van zijn familie die meerdere keren verhuisde. In 1854 stierf zijn moeder. Hij probeerde zichzelf te troosten door muziek te maken. Hij bracht negen jaar door op de School voor Jurisprudentie. Toen hij de school verliet, moest hij een baan zoeken. Vier jaar lang werkte hij als klerk in het Ministerie van Justitie. Daarna hielp de componist en pianist Anton Rubinstein hem om muziekstudent te worden aan het pas geopende conservatorium in Sint-Petersburg. Hij leerde fluit en orgel spelen, maar ook piano en leerde alles over compositie. In 1866 verhuisde hij naar Moskou waar Nikolaj Roebinstein, de broer van Anton, hem aanmoedigde om muziek te schrijven met een Russisch karakter. Hij werkte heel hard en was vaak uitgeput, maar hij slaagde erin zijn Eerste Symfonie, die in 1868 werd uitgevoerd, af te maken.
Tsjaikovski ontmoette enkele beroemde muzikanten, waaronder de Franse componist Berlioz die op bezoek was in Moskou. Hij werd ook bevriend met de Russische componist Mily Balakirev die zeer behulpzaam was en hem overhaalde om een van zijn werken enkele malen te herschrijven tot het zeer goed was. het resultaat was een stuk voor orkest genaamd Romeo en Julia dat al snel internationaal bekend werd. Balakirev had vier vrienden die componist waren. Deze vriendenkring wordt vaak "The Five" of "The Mighty Handful" genoemd. Zij waren geïnteresseerd in het gebruik van Russische volksliedjes in hun muziek. Tsjaikovski was nooit lid van de groep, hoewel hij wel van hun ideeën hield. Tsjaikovski was anders dan zij: hij had muziek geleerd aan het conservatorium waar hij westerse muziek had gestudeerd. De harmonieën die hij in zijn werk gebruikte waren vaak niet geschikt voor Russische volksmuziek. Hij schreef veel liedjes die een romantisch karakter hebben. Een daarvan, None But the Lonely Heart, is vooral bekend in het Engels.
Inmiddels was Tsjaikovski bezig met het schrijven van werken die hem erg beroemd zouden maken. Hij schreef nog twee symfonieën en zijn Eerste Pianoconcerto, een van de meest populaire van alle pianoconcerti, kreeg zijn eerste uitvoering in Boston. Hij schreef ook opera's en kamermuziek.