II (1818–1881) и его супруга императрица Мария Александровна (1824–1880). Нарекли младенца, как и его отца, в честь равноапостольного царя Константина. По вековой заведенной традиции, при крещении новорожденный член Императорского Дома получил ордена: Святого апостола Андрея Первозванного, Св. Александра Невского, Белого орла, Св. Анны 1-й степени.
Сын генерал-адмирала с детства был предназначен к службе в Российском Императорском флоте. С семилетнего возраста и до совершеннолетия его воспитателем был капитан 1-го ранга Илья Александрович Зеленой (1841–1906). С рождения Константин был назначен шефом 15-го Тифлисского гренадерского полка, которому с этого времени было присвоено его имя. Он был зачислен в списки лейб-гвардии: Конный и Измайловский полки, 3-ю гвардейскую и гренадерскую артиллерийскую бригады, Гвардейский экипаж, Гвардейскую пешую артиллерию. Он 11 июня 1865 г. был записан в лейб-гвардии 4-й стрелковый Императорской Фамилии батальон (в список 2-й роты), и в этот же день ему вручили орден Святого Станислава 1-й степени. Великий князь Константин Константинович получил домашнее разностороннее образование, обладал с малолетства многими природными способностями и талантами. Большую роль в формировании личности великого князя сыграли его родители, сама атмосфера дворца и Императорского Двора.
Преподавателями великого князя Константина Константиновича были известные люди своего времени: историки С.М. Соловьев, К.Н. Бестужев-Рюмин и О. Шиховский, знаменитый писатель И.А. Гончаров (словесность), профессора консерватории, композиторы: пианист Р.В. Кюндингер и виолончелист И.И. Зейферт, профессор теории и истории музыки Г.А. Ларош; английский язык преподавал англичанин К.И. Хит (К.О. Хис), лекции по истории государственного права читал профессор И.Е. Андреевский, по политической экономии – В.П. Безобразов, по русской словесности – Н.А. Соколов, по всеобщей истории – В.В. Бауэр, по физике и математике – Петр Павлович (морской офицер). Первые уроки рисования дает С. Никитин. Для проведения собеседований по истории и законоведению приглашался писатель Ф.М. Достоевский. Великий князь блестяще знал иностранные языки: французский, английский, немецкий, латинский, греческий, любил музыку и поэзию, хорошо рисовал. Ему близки были (как и отцу) взгляды славянофилов.
Великого князя воспитывали в духе православного христианства, и он отличался глубокой религиозностью. 23 марта 1876 г., когда ему было еще 17 лет, он записал в дневнике: «Я так люблю Господа, так мне хотелось бы изъявить Ему свою любовь. Тут внутренний голос говорит: “Занимайся астрономией, исполняй свой долг…” Неужели в астрономии долг? Ах, если б я был учеником Спасителя! Как бы я тогда ходил за Ним, как бы я хотел быть на месте ученика “его же любяще Иисус”, который возлежал у Его Груди. О, как бы я слушал все Его слова! Чего бы я не сделал для Него».
В дневниковых записях имеются многочисленные свидетельства набожности великого князя Константина Константиновича и стремления к самопожертвованию на общее благо Отечества. Так, например, в поденной записи от 6 ноября