Сын герцога Гольштейн-Готторпского Карла Фридриха и дочери императора Петра I Анны Петровны, Пётр III был изначально воспитан как наследник шведского престола. Его мать, Анна Петровна, скончалась вскоре после его рождения, а отец умер, когда Пётру было всего 11 лет. Пётр вырос как интеллектуальный и впечатлительный молодой человек, владевший несколькими языками и увлекающийся географией, архитектурой и музыкой. Его библиотека насчитывала около 1000 томов, каждый с пометками, сделанными им самим. Уже к 12 годам Пётр имел чин лейтенанта, был членом гильдии стрелков и обладал знаниями в области фортификации, что делало его готовым к служению Отечеству как военному командиру.
Елизавета Петровна, ставшая императрицей в 1741 году, желала закрепить трон по своему отцу. В 1742 году, не имея собственных детей, она пригласила своего племянника в Петербург и провозгласила его наследником российского престола. Пётр был крещён под именем Пётр Федорович и в 1745 году женился на принцессе Анхальт-Цербстской, будущей императрице Екатерине II, которая родила ему сына Павла (позднее императора Павла I).
Несмотря на то, что официально Пётр принял православие, он оставался преданным протестантской церкви.
После смерти императрицы Елизаветы Петровны 25 декабря 1761 года Пётр III был провозглашен императором. Его правление часто оценивается по-разному. Традиционный взгляд на него, опирающийся на мемуары его противников, описывает его как невежественного и слабоумного, подчёркивает его нелюбовь к России. Однако современные историки склонны к более объективной оценке его личности и деятельности.
Уже с утра Пётр занимался государственными делами, принимая участие в работе Сената и коллегий. Он предпринимал реформы, включая упразднение Тайной канцелярии, начало секуляризации церковных земель и поощрение торгово-промышленной деятельности путём создания Государственного банка и выпуска ассигнаций. Также он отменил преследование старообрядцев и других иноверцев.
Позиция Петра III при дворе была нестабильной, как и позиция его жены, Екатерины II. Пётр открыто заявил о намерении развестись с ней, чтобы вступить в брак со своей фавориткой, Елизаветой Воронцовой.
После полугодового царствования Пётр III был свергнут в результате дворцового переворота, и его жена, Екатерина II, заняла престол. Пётр III скончался вскоре после этого, и обстоятельства его смерти остаются неясными. Во время правления Екатерины II многие самозванцы выдавали себя за Петра Фёдоровича, что привело к серии ложных претензий на престол, включая известного Пугачёва.