Cha của ông là Nguyễn Xuân Nhiên, liệt sĩ hy sinh năm 1950 thời Chiến tranh Đông Dương [11].

Em trai là Nguyễn Xuân Chúc [12], sinh ngày 30 tháng 9 năm 1932 tại Hải Phòng. Ông Chúc là kỹ sư cầu đường, tốt nghiệp Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội. Trái ngược với anh trai Nguyễn Xuân Vinh, ông Nguyễn Xuân Chúc tham gia Việt Minh và công tác trong chính quyền Việt Nam Dân chủ Cộng hòa. Ngoài ra người em trai khác là Nguyễn Xuân Huy, sinh năm 1944, hiện đang công tác tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam [11]. Người em gái Nguyễn Thị Hoài Thanh là nhà thơ nổi tiếng, sinh năm 1936, đã mất năm 2020 tại Hải Phòng [13].

Ngày 19 tháng 10 năm 2016, ông đã được Đức cha Đa Minh Mai Thanh Lương, Giám mục Công giáo người Việt đầu tiên tại Hoa Kỳ, làm phép Thanh Tẩy gia nhập Đạo Công giáo tại Nhà thờ Saint Bonaventure Church ở Huntington Beach, California. Ông lấy Tên Thánh là Anphongsô. Ông cũng được lãnh nhận bí tích Thêm Sức do Giám mục Mai Thanh Lương ban trong Thánh lễ với sự hiện diện của gia đình thân quyến và các bạn hữu lâu năm của ông.[14]