Константин был старшим сыном Констанция Хлора и Елены, дочери трактирщика. Когда Константину было двадцать лет, его отца объявили цезарем и по существующим правилам ему пришлось развестись с Еленой. Констанций Хлор женился на Феодоре, падчерице Августа Максимиана Геркулия; в результате этого брака у Константина оказалось три сводных брата (Далмации Старший, Юлий Констанций, Аннибалиан) и три сводных сестры (Анастасия, Констанция I, Евтропия II).
Уже в юношеском возрасте Константин проявил себя смелым, рассудительным воином и командиром, чем снискал популярность в войсках, которыми командовал его отец.
После отречения Диоклетиана и Максимиана Константин оказался во власти Галерия, который задержал его у себя в Никомедии как заложника. Не желая мириться с этим, Константин решил бежать.
Лактанций рассказывает о его побеге: «Констанций Хлор, так как был тяжело болен, отправил письмо Галерию, чтобы тот прислал к нему сына его Константина, которого он хочет видеть, чего он давно уже тщетно добивался. Галерий же не хотел этого. Часто строил он тайные козни против молодого человека, так как не решался что-либо предпринять явно, дабы не навлечь на себя гнев граждан и чего он особенно опасался — ненависть воинов. Однажды Галерий под видом шутки и как бы для испытания силы и ловкости Константина втолкнул его в клетку со зверями. Но тщетно…
Так как Галерий больше не мог отказывать Констанцию Хлору в его просьбе, то однажды вечером он дал Константину разрешение уехать и повелел, чтобы тот отправился в путь на следующее утро… Галерий был намерен наутро либо задержать его под каким-нибудь предлогом, либо срочно отправить письмо в Италию, чтобы его задержал по дороге Флавий Север. Предвидя это, Константин поспешил уехать, когда император после ужина отправился на покой. Константин умчался, искалечив по дороге всех государственных лошадей на многочисленных дорожных постах. На следующий день император, намеренно проспав до полудня, приказывает позвать к себе Константина. Ему говорят, что тот сразу после ужина отправился в путь.
Галерий приходит в ярость и поднимает крик. Он требует седлать государственных лошадей, чтобы вернуть его. Ему сообщают, что лошадей нет. Галерий едва сдерживает слезы. А Константин с невероятной быстротой приезжает к отцу, находящемуся уже при смерти, который представляет его воинам и передает власть из рук в руки. Констанций Хлор обретает на своем ложе покой от дел мирских, как он того желал».
После неожиданной и ранней смерти Констанция Хлора в 306 году британские легионеры провозгласили Константина цезарем, а август Галерий, опасаясь недовольства сильной западной армии, был вынужден признать это провозглашение.