Tsjajkovskijs far, Ilja Petrovitsj, var en ukrainsk gruveingeniør, mens hans mor Aleksandra Andrejevna d'Assier nedstammet fra en meget musikalsk fransk familie. Hun var farens andre kone. Tsjajkovskij vokste opp som nest eldst av seks søsken i småbyen Votkinsk ikke langt fra Uralfjellene. Det fantes ingen skole der, men takket være foreldrenes velstand fikk Tsjajkovskij fra han var fire år gammel en fransk guvernante som tok seg av barnas opplæring. Han ble snart guvernantens favoritt; hun sa senere at hun aldri hadde «truffet et edlere barn». Tsjajkovskij på sin side kalte henne en helgen. Som voksen ville han tilgodese henne med en pensjon, noe hun avslo, men han besøkte henne i Montbéliard i Alsace, der hun kom fra.