Vợ ông là bà Nguyễn Thị Thái Bảo (1919 – 2011) cán bộ phụ nữ tiền khởi nghĩa, Bí thư Đảng đoàn Hội Phụ nữ tỉnh Sơn Tây, Phó Chủ tịch UBND TP Hà Nội.

Ông bà có năm người con đều là đảng viên, trong đó có:

1. GS. TS. NGND. Bạch Thành Công. Chủ tịch Hội đồng chức danh Giáo sư ngành Vật lý; Nguyên Trưởng Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội.
2. Thiếu tướng Bạch Thành Định, Phó Giám đốc Công an TP Hà Nội.