Voronenkov sinh ra ở Gorky, Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Liên bang Nga, nhưng có một bà là người Ukraina và (theo vợ góa của ông), ông đã trải qua thời thơ ấu của mình ở Kherson Oblast của Ukraina[2]. Voronenkov cưới cựu thành viên ban nhạc Nga và ca sĩ opera Maria Maksakova Jr. cũng là đại biểu quốc hội thuộc đảng Nước Nga thống nhất, vào tháng 3 năm 2015.[3][4] Hai vợ chồng gặp nhau trong khi làm việc trong một dự luật quy định việc xuất khẩu đồ tạo tác văn hoá. Mỗi người trong số họ có hai con từ các mối quan hệ trước đó. Con trai của họ được sinh ra vào tháng 4 năm 2016[5]. Hai đứa con đầu tiên của Voronenkov là cô con gái Xenia (2000) và cậu con trai Nicholas từ cuộc hôn nhân đầu tiên của ông với Yulia.