Gustav kết hôn với Công chúa Sophia Magdalena, con gái của Vua Frederick V của Đan Mạch, theo ủy quyền tại Cung điện Christiansborg, Copenhagen, vào ngày 1 tháng 10 năm 1766 và lễ thành hôn trực tiếp tại Stockholm vào ngày 4 tháng 11 năm 1766. Lần đầu tiên Gustav bị ấn tượng bởi vẻ đẹp của Sophia Magdalena, nhưng bản tính trầm lặng của cô đã khiến cô ấy trở thành sự thất vọng trong cuộc sống ở triều đình Thụy Điển. Cuộc sống hôn nhân giữa hai người diễn ra không mấy vui vẻ, một phần do tính khí không hòa hợp, nhưng phần lớn là do sự can thiệp của người mẹ ghen tuông của Gustav, Vương thái hậu Louisa Ulrika.

Cuộc hôn nhân sinh ra 2 người con: Thái tử Gustav Adolf (1778–1837) và Hoàng tử Carl Gustav, Công tước xứ Småland (1782–1783). Để hôn nhân viên mãn, nhà vua và vương hậu đã yêu cầu Bá tước Adolf Munck hướng dẫn thể chất thực tế, được cho là do các vấn đề về giải phẫu của cả hai vợ chồng. Cũng có tin đồn rằng vương hậu đã mang thai với Munck, người sau đó sẽ là cha thực sự của Hoàng tử thừa kế Gustav Adolf.[10] Mẹ của Gustav ủng hộ tin đồn rằng ông không phải là cha của đứa con trai đầu lòng và người thừa kế của mình. Vào thời điểm đó, có tin đồn rằng Gustav là người đồng tính luyến ái,[11] một khả năng đã được khẳng định bởi một số nhà văn.[10] Mối quan hệ cá nhân thân thiết mà ông hình thành với hai cận thần của mình, Bá tước Axel von Fersen và Nam tước Gustav Armfelt, được ám chỉ về mặt đó. Em dâu của ông, Charlotte, cũng ngụ ý như vậy trong cuốn nhật ký nổi tiếng của mình.[12]

Giáo sư Erik Lönnroth của Viện Hàn lâm Thụy Điển, người đã mô tả sự hỗ trợ do Munck cung cấp, khẳng định rằng không có cơ sở thực tế nào cho giả định rằng Gustav III là người đồng tính luyến ái.[13] Khi đứa con trai thứ hai ra đời, không còn nghi ngờ gì nữa về tính hợp pháp của nó, và cậu bé rất khỏe mạnh. Vua Gustav đặc biệt yêu quý cậu bé và phải chịu những đả kích rõ ràng và nghiêm trọng về tinh thần và thể chất trước bệnh tật và cái chết của cậu bé.[14] Mùa xuân năm 1783 được coi là một bước ngoặt trong tính cách của nhà vua. Sau cái chết gây nhiều tranh cãi của người mẹ vào năm 1782, ông đã tìm thấy niềm an ủi khi Công tước xứ Småland ra đời, nhưng sau đó là sự đau buồn tột độ khi đứa trẻ qua đời vào năm sau.[15]