Cuộc hôn nhân đầu tiên của Che là với Hilda Gadea. Hôn lễ được tổ chức ngày 18 tháng 8 năm 1955, lúc đó Hilda đang mang thai. Ngày 15 tháng 2 năm 1956 đứa con đầu lòng chào đời, được đặt tên là Hilda Beatriz. Cuộc hôn nhân tồn tại chưa đến 4 năm, tháng 1 năm 1959 hai người ly hôn.

Tháng 6 năm 1959, Che kết hôn cùng Aleida March, một nữ chiến sĩ cách mạng cùng hoạt động ở Cuba. Hai người có với nhau 4 người con.

Trước khi lên đường, Che đã gửi một bức thư dặn dò con mình mà sau này đã trở nên nổi tiếng. Thư viết:[5]

"Gửi các con của ba...Nếu có lần nào các con phải đọc lá thư này là bởi vì ba không còn với các con nữa.Có thể các con sẽ không nhớ gì về ba và các con bé hơn thì chắc sẽ không nhớ gì.Ba của các con là một người hành động như suy nghĩ và chắc chắn đã trung thành với những niềm tin của mình. Các con hãy lớn lên như những người cách mạng chân chính. Hãy học thật nhiều... Hãy nhớ rằng cách mạng là điều quan trọng nhất và nếu mỗi người chúng ta chia rẽ thì không có nghĩa lý gì...Ba chào các con và vẫn mong gặp lại các con..."

Che còn có một con trai với một người tình, lúc đó còn là sinh viên, sau này là nhà báo Lilia Rosa López (1940), sinh năm 1964 ở Havanna, tên là Omar Pérez López. Omar lớn lên trở thành một nghệ sĩ và văn sĩ, và biết mình là con trai của Che vào năm 1989.[10][11][12]