Hoàng Trung Thông kết hôn với vợ là bà Hồ Thị Hoa, người cùng làng. Ông bà có năm người con được đặt theo tên các loài hoa: Bích Hồng, Bích Liên, Bích Hà, Hướng Dương, Phượng Vỹ.

Họa sĩ Hoàng Phượng Vỹ, con trai ông, người thông hiểu văn chương nghệ thuật đến mức có biệt danh Vỹ “Google”, là họa sĩ tên tuổi của Mỹ thuật Việt Nam đương đại.