Среди учителей царевича был Симеон Полоцкий, преподававший Алексею латинский и польский языки; царевич изучал также славянскую грамматику, арифметику и философию. Для него из-за границы выписывались книги и так называемые «детские потехи» (развивающие игрушки). Отличался, по отзыву современников, большими способностями к учению, хорошей памятью и любознательностью.
На время отсутствия царя в столице (в том числе пребывания в действующей армии) считался временным правителем Российского государства; в этот период официальные грамоты издавались от его имени.
Считался кандидатом на польский престол; планировался его брак с племянницей короля Яна II Казимира, переговоры об этом велись через боярина Матвеева. Алексей Алексеевич и лично выступил перед польскими послами, которые отметили его хорошее владение латынью и польским.
Скончался внезапно, не дожив немного до шестнадцати лет. Погребён в Архангельском соборе патриархом Иоасафом II и присутствовавшими в Москве восточными патриархами. Его имя стало лозунгом восстания Степана Разина; разинцы объявили, что царевич не умер, а бежал к ним от происков бояр-изменников. Сторонники Разина называли царевича «Нечай» («нежданный») и использовали это слово в качестве боевого клича. Являлись также самозванцы, выдававшие себя за Алексея Алексеевича.
После кончины Алексея наследником престола стал следующий по старшинству брат, Фёдор.
