1917年2月中旬，一场革命在彼得格勒爆发了。在布尔什维克的领导下，起义的工人和士兵很快就取得了胜利。沙皇尼古拉二世与人民对抗，采取强硬手段，派军队恢复秩序，然而一切晚矣。内阁提出辞呈，杜马也在军队支持下要求沙皇退位。
3月15日，尼古拉二世在普斯科夫宣布放弃皇位，由弟弟米哈伊尔继承，但遭到拒绝。二月革命胜利了，全国各地都成立了苏维埃。然而，当许多布尔什维克领袖还被关在牢狱里或仍在流放中的时候，孟什维克和社会革命党人却在苏维埃中窃取了领导权。他们惧怕革命运动的进一步发展，赶紧同国家杜马中的资产阶级代表达成协议，决定成立以李沃夫大公为首的资产阶级临时政府。李沃夫大公的临时政府把尼古拉二世扣留在圣彼得格勒附近的皇村，并准备将他和他的家族送往英格兰，但由于彼得格勒苏维埃的反对，决定把他们改送到西伯利亚的托博尔斯克。
十月革命胜利后，沙皇全家依旧呆在那里。直到1918年4月，苏维埃政权的全权代表才抵达托博尔斯克，正式接管看守职责。随后，苏维埃政府决定将囚禁中的沙皇一家人转移到乌拉尔山脉东侧的叶卡捷琳堡。4月26日，沙皇夫妇一行启程，30日到达叶卡捷琳堡。尼古拉二世的儿子阿列克谢因当时发病，直到5月20日才离开托博尔斯克前往叶卡捷琳堡。
1918年5月，被苏维埃政权遣返回国的捷克军团在途中与白卫分子发动大规模叛乱，占领了自伏尔加河流域到西伯利亚一带的大片地区。叶卡捷琳堡很快陷入叛军的包围之中，关押在城内的末代沙皇随时都可能被叛军救走。在这紧急的时刻，7月16日深夜，乌拉尔州肃反委员会委员雅·米·尤罗夫斯基率领行刑人员在监房中处决了尼古拉二世，同时遭枪杀的还有尼古拉二世的妻子、儿子、四个女儿以及四个随从，共计11人。接着，尤罗夫斯基率人将11具尸体连夜运到郊外林中焚化。他们的尸体经过焚烧之后，被扔进了一个废弃的旧矿井之中。至此沙皇一家已经全部被处决。
但是，英国内政部的科学家最近宣布，他们揭开了沙皇王室成员死亡之谜：他们有98．5％的证据证明，1991年在俄罗斯东部叶卡捷琳堡的一座坟墓里发现的骨骼残骸，只是俄国沙皇尼古拉二世和他妻子以及三个女儿的遗骨。
1991年，人们在叶卡捷琳堡附近的一个坟墓里挖出了一些残骸，骨骼人类学家认为，这些骨骼残骸有可能就是沙皇尼古拉二世一家人的。俄罗斯社会科学院脱氧核糖核酸小组于当年9月把这些遗骨送到英国，请科学家帮助鉴定。英国政府法医科学脱氧核糖核酸小组组长彼特·吉尔在记者招待会上说，他们使用了两种先进的技术，对取自这些遗骨的遗传物质脱氧核糖核酸和菲利浦亲王血样里的脱氧核糖核酸进行了分析和对比。菲利浦亲王是英国女王伊丽莎白二世的丈夫，他的祖母是沙皇尼古拉二世妻子的妹妹，因此菲利浦亲王被认为是与沙皇家族有血缘关系的人。英国科学家说，他们对取自骨骼里的能够由母亲遗传给子女的脱氧核糖核酸进行了分析，发现沙皇妻子及其孩子的遗骨中含有的脱氧核糖核酸与菲利浦亲王血样里的脱氧核糖核酸完全一致。
至此，沙皇王室成员中还有两人：即王位继承人——儿子阿列克谢和小女儿的下落不明。有猜测说他们可能躲过了被枪杀的厄运。
