Cha của Kim Đồng, người làng Nà Mạ, tên là Nông Văn Ý. Trong một lần sang quê vợ ở làng Kép Ké (Nà Sác) bị nạn, chết không xác định được nguyên nhân chính xác.

Mẹ Kim Đồng tên là Lân Thị He, quê làng Kép Ké, sinh năm 1890. Bà là một phụ nữ chăm chỉ, hết lòng vì chồng con, giỏi nghề dệt và làm giấy bản,là hội viên Hội phụ nữ cứu quốc. Sức khỏe bà rất yếu nên từ nhỏ Kim Đồng đã phải làm nhiều việc của người lớn, điều đó sớm hình thành trong Kim Đồng những tính cách của người lớn như: Quyết đoán, năng động, không ngại khó,dũng cảm,...

Kim Đồng có hai chị gái, một anh trai và một em gái. Chị gái cả tên là Nông Thị Nhằm. Lấy chồng trong làng tên là Lý Văn Kinh thường được gọi là Kinh Xình, nhà anh Kinh Xình là nơi hội họp, đón tiếp, bảo vệ cán bộ cách mạng. Trong ngôi nhà này, ngày 14/2/1943, lãnh đạo chủ chốt Châu uỷ Hà Quảng họp, nhờ hành động dũng cảm của Kim Đồng mà thoát cả lên núi phía sau nhà. Chị gái thứ hai là Nông Thị Lằng cũng lấy chồng trong làng. Anh trai là Nông Văn Tằng (bí danh là Phục Quốc) sớm tham gia cách mạng, là đội viên giải phóng quân, chiến đấu và hy sinh ở Chợ Đồn (Bắc Kạn). Để anh Phục Quốc có điều kiện hoạt động cách mạng, 12 tuổi, Kim Đồng đã thay anh đi làm phu, chặt cây, trồng cỏ ở đồn Sóc Giang. Em gái là Nông Thị Sấn, xinh đẹp, chăm chỉ. Một lần qua suối, không may trượt chân ngã, chết đuối.