Il padre di Tchaikovsky era un ucraino che lavorava come ingegnere minerario. Il nonno di sua madre era un francese che si era trasferito in Russia. Era una donna nervosa e Tchaikovsky potrebbe aver preso da lei il suo carattere nervoso. Tchaikovsky aveva solo cinque anni quando iniziò a prendere lezioni di pianoforte. Presto fu più bravo del suo insegnante. La famiglia aveva un'orchestrina (una specie di carillon) che suonava alcuni brani di musica classica di Mozart, Bellini, Donizetti e Rossini.
Nel 1848 la famiglia si trasferì a San Pietroburgo. Tchaikovsky era infelice e sconvolto perché spesso era separato dalla sua famiglia che si era trasferita più volte. Nel 1854 sua madre morì. Cercò di consolarsi suonando la musica. Trascorse nove anni alla Scuola di giurisprudenza. Quando lasciò la scuola, dovette trovare un lavoro. Per quattro anni lavorò come impiegato al Ministero della Giustizia. Poi il compositore e pianista Anton Rubinstein lo aiutò a diventare studente di musica presso il nuovo conservatorio di San Pietroburgo. Ha imparato a suonare il flauto e l'organo, nonché il pianoforte e ad imparare tutto sulla composizione. Nel 1866 si trasferì a Mosca dove Nikolai Rubinstein, fratello di Anton, lo incoraggiò a scrivere musica di carattere russo. Lavorò molto duramente, ed era spesso esausto, ma riuscì a terminare la sua Prima Sinfonia, che fu eseguita nel 1868.
Tchaikovsky ha incontrato alcuni musicisti famosi, tra cui il compositore francese Berlioz, in visita a Mosca. Divenne anche amico del compositore russo Mily Balakirev, che gli fu molto utile e lo convinse a riscrivere più volte una delle sue opere fino a quando non fu molto buona. Il risultato fu un pezzo per orchestra chiamato Romeo e Giulietta che ben presto divenne noto a livello internazionale. Balakirev aveva quattro amici compositori. Questa cerchia di amici è spesso chiamata "The Five" o "The Mighty Handful". Erano interessati a usare nella loro musica le canzoni popolari russe. Tchaikovsky non è mai stato membro del gruppo, anche se gli piacevano le loro idee. Tchaikovsky era diverso da loro: aveva imparato la musica al Conservatorio dove aveva studiato musica occidentale. Le armonie che usava nelle sue opere spesso non erano adatte alle canzoni popolari russe. Scrisse molte canzoni dal carattere romantico. Una di queste, None But the Lonely Heart, è particolarmente nota in inglese.
Ormai Tchaikovsky stava scrivendo opere che lo avrebbero reso molto famoso. Scrisse altre due sinfonie, e il suo Primo Concerto per pianoforte e orchestra, uno dei più popolari tra tutti i concerti per pianoforte e orchestra, fu eseguito per la prima volta a Boston. Scriveva anche opere liriche e musica da camera.