С раннего детства Константина Николаевича готовили к будущей морской службе, в 4 года без малого он уже получил звание генерал-адмирала и впоследствии должен был возглавить российский флот. Поэтому и воспитанием Великого князя с 5-летнего возраста занимался прославленный флотоводец и путешественник будущий адмирал и граф Фёдор Петрович Литке (1797–1882). Основное внимание уделялось, конечно, военно-морским наукам. Константин проявлял большой интерес также к истории морских путешествий и географических открытий, не остались в стороне и многие другие вопросы. Через три года Николай I устроил сыну экзамены, проходившие каждый вечер в течение двух недель, по разным наукам: арифметике, геометрии, естествознанию, кораблестроению, родному и иностранным языкам и Закону Божьему, и Константин блестяще справился со всеми заданиями. Он в совершенстве знал немецкий, английский и французский языки, проявил неплохие музыкальные способности, хорошо рисовал и увлечённо изучал античную историю и культуру, в особенности бессмертные поэмы Гомера. На гуманитарное воспитание Константина большое влияние оказал В.А. Жуковский, с которым он долгое время состоял в переписке. Много сил Великий князь отдавал и гимнастическим упражнениям. Но главное, с 8-летнего возраста его начали брать в морские плавания: сначала по Финскому заливу, а затем и по Балтийскому, Баренцеву, Северному морям. Два из своих первых плаваний он провёл на фрегате «Паллада». На собственном опыте познал все радости и тяготы морской службы.
Константин Николаевич был человеком, как говорят, рисковым и нередко проявлял немалые смелость и решительность – и в военной, и в государственной деятельности. В первый раз в настоящей военной кампании он принял участие в 1849 году. Тогда русские войска под командованием И.Ф. Паскевича направились в Венгрию, чтобы ликвидировать вспыхнувшее там восстание. В своей реляции Паскевич свидетельствовал, что Великий князь «разделял с войсками все труды похода… оставался под смертоносным действием неприятельских батарей… находился под самым сильным ружейным огнём, отличаясь мужеством и самоотвержением». Позднее Александр II назначил брата наместником Царства Польского. Несмотря на грозившую ему опасность (в Польше тогда вот-вот могло начаться открытое восстание), Константин Николаевич поехал в Варшаву, и на следующий же день на него было совершено покушение. Лишь благодаря чистой случайности он остался в живых. Правда, успокоить Польшу ему не удалось, и вскоре разразилась настоящая война.
Можно вспомнить случай и из морской практики Великого князя. По его заказу в Англии была построена яхта «Ливадия», имевшая необычный «круглый» корпус. Чтобы испытать её в действии, Константин Николаевич не побоялся вывести корабль в море во время сильного шторма. Такие поступки как нельзя лучше показывают самостоятельный и решительный характер Константина. Любимой его поговоркой было древнее высказывание «noblesse oblige» – «положение обязывает».
После восшествия на престол Александра II Великий князь сразу же оказался в гуще событий. Много сделал он для воссоздания поверженного в результате Крымской войны российского флота. Принял активное личное участие в разработке нового Морского устава, внеся в него 4600 исправлений. Находясь на посту начальника флота, требовал от подчиненных абсолютной искренности: «Я буду особенно взыскателен за непоказание беспорядков и никак не дозволю похвал. Нужно, чтобы факты, а не фразы хвалили нас». И далее: «Я требую в… отчётах не похвалы, а истины, в особенности откровенного и глубоко обдуманного изложения недостатков».