Царь Алексей Михайлович страстно желал, чтобы у него родился сын. Его первенец от брака с царицей Марией Ильиничной, царевич Дмитрий, умер годовалым. Затем родилась дочь, царевна Евдокия. Молились, чтобы третьим Бог дал мальчика. Но 26 августа 1652 года на свет появилась девочка. Назвали ее Марфой в честь монашеского имени бабушки царя Алексея. 5 сентября малютку крестили в Чудовом монастыре. «Крестинный стол» был устроен в «Столовой избе». По уже сложившейся традиции церемония прошла скромно, так как крестили очередную царевну: присутствовали патриарх, два боярина и окольничий. «Мамкой», в чью обязанность входило руководство по уходу и воспитанию ребенка, назначили боярыню Ульяну Петровну Шереметеву. Кормилицу выбирали из нескольких кандидаток. Семь женщин проживали в Конюшенной слободе, а одна была женой придворного истопника. Все они уже имели по нескольку детей и, самое главное, недавно родили (от семи до тридцати недель назад). Выбрана была Аксинья, жена крестьянина Конюшенной слободы Андрея Носова. Аксинье Носовой дал характеристику ее духовный отец, священник церкви Святых Афанасия и Кирилла, «что на Сивцове Вражке», Василий. Он ручался, что кормилица — «жена… добрая, не пьет и не бражничает, и воровства за ней никакова нет, и прискорбь никакую за ней не слыхал». Кормилица Аксинья в 1653 году неоднократно получала различные подарки от родителей девочки. Это (в хронологической последовательности) серебряный позолоченный крест с финифтью, окованный железом ларец, тюфяк и изголовье, хрустальное зеркало в раме из красной кожи и гребень, дорогой воротник для платья, отделанный золотом, серебром и красным шелком, шелковый поясок, красная коробья «с нутряным замком», серебряные серьги, шапка из красного атласа, обшитая золотом и серебром, желтые «сафьяновые» башмаки и чулки. На все это было потрачено одиннадцать рублей, что составляло сумму, сопоставимую со средним годовым жалованьем московского подьячего.
С первой серьезной опасностью в жизни царевна Марфа столкнулась еще в двухлетнем возрасте. В Москве в 1654 году вспыхнула эпидемия чумы. Царская семья срочно покинула город. Когда царевнам исполнялось лет шесть-семь, их, как это было принято, начинали учить грамоте. Вот и Марфе в «мастерицы» определили Авдотью Пыпину. Но, как видно, особого интереса к знаниям царевна не проявляла. Едва ли не самым радостным праздником в жизни царевны были именины. В 1668–1668 годах у шестнадцати — семнадцатилетней Марфы в гостях бывало по четырнадцать боярынь, по пять-шесть жен окольничих и стольников. Кроме них, именинницу посещали грузинская царица Елена и жена сибирского царевича Петра. Всем женщинам дарились именинные пироги. Но они различались по качеству: царице, жене царевича и боярыням — пироги с маком, женам окольничих — пироги «крупичатые» с маком, а женам стольников — пироги с сыром. Совершеннолетняя царевна Марфа выглядела стройной, дородной, красивой девушкой. Ее первый выход «в свет» произошел в присутствии Антиохийского патриарха Макария, приглашенного в Россию для участия в церковном соборе по делу бывшего патриарха Никона. Макарий вручил барышне особую благословенную грамоту.
1669 год изменил жизнь царевен и царевичей — дочерей и сыновей царя Алексея Михайловича. Умерла их мать, царица Мария Ильинична. Опекать детей брата-царя (а их было восемь: шесть царевен и два царевича) стали сестры, являвшиеся их тетками. Особенно любила Марфу тетка Татьяна Михайловна, бывшая, по-видимому, ее крестной матерью. Марфа искренне называла ее «матушкой». Их близкие отношения с тех пор не прерывались. Вторую женитьбу царя Алексея Михайловича — на Наталье Нарышкиной — его старшие дочери встретили без особой радости. На людях им приходилось проявлять всяческое уважение к новой царице, но за глаза они называли ее Наташкой (ведь та же Марфа была всего на год моложе мачехи). Чем дальше, тем больше усиливалось раздражение царевен по поводу молодой жены отца. В ней они видели причину его явного охлаждения к детям от первого брака. Кроме того, проявлялась естественная женская зависть. Их сверстница, царица Наталья, нашла свое счастье, рожала детей, а они были обречены на безбрачие и затворничество. Свое нерастраченное материнское чувство участливая Марфа Алексеевна могла как-то удовлетворять, заботясь о жившей у нее в хоромах безногой девочке. Марфа также особо сблизилась со своей сестрой, царевной Софьей, которая была моложе на пять лет. Абсолютно разные по характеру (Марфа мягкая, лиричная, с развитым женским началом, а Софья твердая, умная и целеустремленная), они, вероятно, взаимодополняли друг друга. Видимо, также от старшей, Марфы, исходило душевное тепло, которого недоставало младшей, Софье. Неизвестный польский автор отметил, что Марфа «ни во что не вмешивается». Он имел в виду, что в политической жизни царевна не принимала участия. Поэтому никакой заслуги нашей героини в том, что ее любимая сестра Софья стала правительницей страны, не было.