羅曼諾夫王朝的第一代沙皇是米哈伊爾·費奧多羅維奇·羅曼諾夫，但包括他在內的幾位俄羅斯沙皇都不爲人們所熟知。
米哈伊爾的父親費奧多爾·尼基季奇·羅曼諾夫，是伊凡四世的中央顧問，也是伊凡四世皇后安娜斯塔西婭·羅曼諾芙娜的侄子。1600年，米哈伊爾和母親一起遭到流放。這是鮑里斯·戈都諾夫當選沙皇的結果，在1598年，他的父親被誣告叛國。在長期的動亂和戰爭後，米哈伊爾·費奧多羅維奇在1613年2月21日被國民議會推選爲沙皇，是爲米哈伊爾一世。米哈伊爾當時還是一個16歲的少年，暫時尤父親菲拉列特長老在幕後攝政。米哈伊爾體弱多病，1645年7月23日因病去世，享年49歲，長子阿列克謝·米哈伊洛維奇即位。
阿列克謝在位期間重視商業，加強財政壓榨，先後爆發了鹽商暴動和斯捷潘·拉辛起義，軍事上發動了對波蘭立陶宛聯邦的俄波戰爭，吞併了東烏克蘭，試圖獲得波羅的海出海口，未能成功。阿列克謝曾經有過兩次婚姻，第一任皇后瑪利亞·米羅斯拉夫斯卡婭於1669年去世，先後生育十三個子女，卻只有三個存活至成年，且兩個兒子費奧多爾和伊凡都體弱多病，第二任皇后娜塔莉亞·納雷什金娜生育三個子女，其中兩個存活，且都身體健壯，這也誘發了之後的皇位爭奪。
1676年1月29日，阿列克謝·米哈伊羅維奇因病去世，長子費奧多爾即位，是爲費奧多爾三世，他幼年登基，體弱多病，朝政由繼母娜塔莉亞皇太后的母家納雷什金家族把持，期間加強了中央集權制，社會矛盾進一步激化，軍事上武力吞併了第聶伯河以東地區。
彼得大帝革新
王朝最著名的沙皇是彼得一世，即彼得·阿列克謝耶維奇·羅曼諾夫，人們一般稱他爲彼得大帝。是羅曼諾夫王朝的第四位沙皇。
彼得一世是阿列克謝沙皇最小的兒子，費奧多爾三世的同父異母弟弟。1682年，年僅21歲的費奧多爾三世病逝，無子嗣，納雷什金家族擁立十歲的彼得爲新沙皇，由娜塔莉亞皇太后攝政。彼得同父異母姐(費奧多爾同母姐)，年富力強的索菲婭·阿列克謝耶芙娜·羅曼諾娃女大公煽動，殘殺彼得的兩個舅舅，將自己的同母弟十六歲的伊凡立爲第一沙皇，是爲伊凡五世，而彼得只是第二沙皇，是爲彼得一世，而實際上伊凡智力發育很差，且體弱多病，彼得和母親又被排斥在權力核心之外，實權掌握在索菲亞手中，兩位小沙皇只是擺設。索菲亞主政期間發動了對土耳其和中國(清朝)的戰爭，但未能達到目的，甚至被迫與中國簽訂了《尼布楚條約》。1689年，索菲亞試圖捉拿彼得，彼得一世利用多年來培養的童子軍團推翻了姐姐的統治，逼迫她成爲修女，拘禁在新聖女修道院，伊凡五世宣佈放棄權力，只保留沙皇尊號。1694年，娜塔莉亞皇太后去世。1696年，共治沙皇伊凡五世去世，彼得一世成爲真正意義上的唯一的最高統治者。
1697年，彼得喬裝改扮成俄軍下士彼得，隨同俄國使團出國考察，先後在荷蘭、英國等國學習造炮、造船和航海。並在荷蘭贊丹造船廠獲得優秀技師稱號。回國後，彼得開始仿效西歐發達國家，以軍事爲中心實行一系列改革。由於他積極鼓勵俄國西方化，並鼓勵廢除包括蓄鬍須和穿着冗雜的長袍在內的諸多禮節，彼得一世一般被看作是羅曼諾夫王朝的最初奠基人和開化的代名詞。俄國的第一家兵工廠、第一家報館都是在他的倡導下成立的。
由於彼得大帝的革新，俄國迅速發展成爲東歐的強國。俄國迅速發展各種產業。17世紀的俄國是一個遠離海洋的內陸國家。彼得發動了長達21年之久的“北方戰爭”，戰勝瑞典，奪取了波羅的海出海口。在“北方大戰”中一舉打敗俄國的夙敵和北方強國瑞典，奪取了芬蘭大公國和波羅的海的出海口。接着與波斯一決雌雄，獲取裏海沿岸一帶。彼得一世還打敗奧斯曼帝國，奪取了黑海的出海口。彼得一世於1721年放棄“全俄羅斯的君主、上帝加冕的神聖沙皇”這一從伊凡四世開始世襲的稱號，而選擇了“皇帝”這一西歐君主國(如神聖羅馬帝國)最高統治者的稱號，藉此象徵羅曼諾夫王朝與西歐的各個國傢俱有相同的政治地位。
1712年，彼得下令將沙皇的寶座從莫斯科搬到彼得堡，窺視整個歐洲。彼得還親自命令俄國海軍總司令阿普拉克辛“找出一條經北冰洋到中國和印度”的航線，又覬覦亞洲。1724年冬，彼得一世巡視芬蘭灣後暴發肺炎，竟至一病不起，延至1月8日凌晨死去。他唯一成年的兒子阿列克謝皇太子因反對父親的改革，已於1718年被處死，他的第二任皇后葉卡捷琳娜繼承皇位，成爲俄羅斯第一位女皇葉卡捷琳娜一世(1724-1727年在位)。
擴張和成熟
葉卡捷琳娜一世在位僅三年去世，在位期間設立了俄羅斯科學院，彼得一世之孫，阿列克謝皇太子之子，12歲的彼得二世即位，朝政先後由權臣緬希科夫和多爾戈魯基把持，其間保守派勢力擡頭，皇室遷回莫斯科。1730年彼得二世去世，年僅15歲，羅曼諾夫王朝斷絕男嗣。他的堂姑母，伊凡五世之女，彼得一世的侄女，庫爾蘭女公爵安娜·伊凡諾芙娜·羅曼諾娃被貴族擁立爲女皇，她沒有政治頭腦，終日享樂，朝政開始由德意志貴族把持，政治十分混亂。1740年，安娜女皇去世，臨終時指定不滿一歲的甥孫，來自德意志不倫瑞克的伊凡六世即位，皇帝年幼，由母后攝政，德意志貴族實際上控制俄羅斯政治。1741年，彼得一世之女，伊麗莎白·彼得羅芙娜女大公發動不流血的宮廷政變，囚禁了小皇帝和他的母親，登基稱帝，在位期間設立莫斯科大學，參與七年戰爭並一度將普魯士逼至絕境。1762年，伊麗莎白女皇去世，未婚且無子嗣，由她的外甥，彼得大帝的外孫普魯士人荷爾斯泰因-哥道普王室的彼得·路德維希大公(即彼得三世)繼承皇位，羅曼諾夫-荷爾斯泰因-哥道普王朝開始。
葉卡捷琳娜二世是俄國羅曼諾夫王朝最著名的女皇帝，葉卡捷琳娜二世與俄羅斯留裏克王朝有血緣關係，爲留裏克王朝的後裔。1745年出身普魯士貴族的她同未來沙皇彼得三世結婚。1762年廢不得人心的彼得三世自立，隨後將其殺害。她在位期間(1762-1796)，俄國羅曼諾夫王朝已經從昏睡中覺醒，並且在西歐和國際事務中具有很高的威望。她在位34年，發動了6次大規模的戰爭：包括俄普奧三次瓜分波蘭(1772年、1793年和1795年)、兩次俄土戰爭和一次俄瑞戰爭，通過這些戰爭和強權的統治，葉卡捷琳娜二世建立了一個跨歐、亞兩大洲，領土面積居世界第一位的超級帝國。
在這一時期，俄國羅曼諾夫王朝的國土面積擴大了63萬平方公里(其中有46萬平方公里來自波蘭)。作爲當時世界上幅員最大國家的主人，她對歷史的影響主要在於一系列戰爭引起國際格局的變化。她主導的三次瓜分波蘭完全從地圖上抹去了這個曾經的東歐大國，兩次大敗土耳其，使曾經不可一世的奧斯曼帝國元氣大傷，從此淪爲任人宰割的西亞病夫，併爲俄國羅曼諾夫王朝贏得了夢寐以求的南方出海口，還輕取想趁火打劫的瑞典人。她使俄國的利爪逼近了歐洲的心臟地帶，甚至產生過征服世界的雄心。
拿破崙戰爭
身爲一個歐洲的主要國家，俄國羅曼諾夫王朝也無法避免的參與了與拿破崙帝國的戰爭。1812年6月，拿破崙一世率領60萬大軍侵略俄國，比俄國正規軍大兩倍以上，而且裝備更加精良。但在拿破崙推進的同時，也同時面臨了過度擴張的問題。俄國羅曼諾夫王朝使用了焦土戰爭的策略，而拿破崙又遇上俄國寒冷的冬天，使得拿破崙遭遇了災難性的慘敗：不到3萬人回到他們的祖國。在法國軍撤退之際，俄軍則推進到中歐和西歐，最後到了巴黎的城門邊。在反法同盟擊敗拿破崙後，沙皇亞歷山大一世被視爲歐洲的救世主。
遠東擴張
早於17世紀，俄國羅曼諾夫王朝已積極向遠東擴張，並與中國清朝發生衝突。中俄分別於1689年和1727年簽署《尼布楚條約》和《恰克圖條約》，確立邊界。但這並未阻止俄國的野心。1858年5月，俄國乘英法聯軍侵略中國之際，以武力威脅清政府簽署《璦琿條約》，以黑龍江爲邊界。1860年簽訂的《中俄北京條約》，俄國羅曼諾夫王朝更把整個外滿洲(包括庫頁島)吞併，並獲得海參崴這個不凍港，以擴展其於西太平洋的影響。另一方面，俄國亦企圖將勢力染指庫頁島及千島羣島，與日本展開爭奪。1875年5月7日，日本與俄國簽訂《庫頁島千島羣島交換條約》，俄國把千島列島北部給予日本，換取庫頁島的主權。19世紀末期，俄國向清廷租借大連，成立關東州。俄國亦藉得到了東清鐵路的建築權，對內滿洲進一步侵略，意圖建立“黃俄羅斯”。俄羅斯在北美洲亦曾於1787年佔有土地，但在1867年將其以七百二十萬美元的價格賣給美國，即今日的阿拉斯加州。
佔領中亞
俄羅斯最早向中亞的活動，是彼得大帝時代，當時已向希瓦汗國擴張。在克里米亞戰爭失敗後，在伊格納契夫慫恿下，向中亞擴張。由鹹海出發，前往希瓦與布哈拉，這二國成爲附屬國。1864年，攻打浩罕與塔什干。1877年，佔有全中亞。
改革與革命
19世紀後期和20世紀初期對俄國羅曼諾夫王朝來說是一個危機時期。歐洲的工業革命使得俄國與西歐的發展相差越來越大。雖然帝國的人口較任何一個歐洲國家都多，但大部分都是貧窮的農奴。1905年日俄戰爭的失敗更導致民衆對皇權喪失信心，俄國境內不斷髮生流血革命，而第一次世界大戰則是摧垮帝國的最後一擊，國內無法支應來自德意志帝國的猛烈攻擊，民生物資極其貧乏。1917年3月，首都彼得格勒市民發動反飢餓遊行，引發二月革命。3月15日沙皇尼古拉二世退位，讓位予其弟米哈伊爾大公，但遭米哈伊爾拒絕，於是羅曼諾夫王朝滅亡，由亞歷山大·克倫斯基所領導的臨時政府所取代。
衰落
亞歷山大一世統治時期(1801年-1825年)，帝國的經濟和政治達到頂峯。亞歷山大一世最大的功績在於打敗了法國的侵略者拿破崙·波拿巴，即法蘭西皇帝拿破崙一世。藉此絞殺了法國大資產階級專權的法蘭西第一帝國。但在亞歷山大統治的後期，由於人民的反抗和神祕主義的影響，俄羅斯帝國開始衰敗。1825年至1855年暴君尼古拉一世統治期間，俄國的軍事行動頻繁，物價飛漲，開始出現崩潰的徵兆。尤其是克里米亞戰爭，使被壓迫的農奴們苦不堪言。1856年戰爭結束之後，俄國的農奴制已經危在旦夕。1861年至1862年皇帝亞歷山大二世決定採取措施，於是有了自上而下的“亞歷山大二世改革”，通過改革，俄國開始真正走上了資本主義路線。然而，1881年，亞歷山大二世被民粹主義者刺殺身亡，其子亞歷山大三世即位，改革出現了倒退的跡象，危機再次顯現。
衰亡
第一次世界大戰接近尾聲時，由於資產階級和無產階級運動，羅曼諾夫王朝的腐朽統治被擠垮，末代皇帝尼古拉二世被迫在奧拉寧堡宣佈退位，並於1918年7月17日在葉卡捷琳堡與皇室家族一起被布爾什維克槍決，至此，羅曼諾夫王朝結束。
