Ông nội Nguyễn Bá Sương là một phò mã của nhà Hậu Lê, con rể Lê Lợi, chồng của công chúa Lê Thị Ngọc Huyền; ông làm tới chức Tổng binh Thuận Hóa.

Cha là Nguyễn Bá Nhật, làm quan tới chức Thái bảo, thượng tướng quân; được phong tước Quận công.

Em ông là Nguyễn Bá Kỳ cũng là bậc đại khoa có danh tiếng đương thời, đỗ đồng tiến sĩ năm 1463, Tấm bia đá trên lăng mộ Nguyễn Bá Kỳ khắc ghi: “Lê triều Khâm sai, Thống tướng, Thái úy An Quốc công,. Sắc phong Sùng huân, Khải trạch Đại vương. Kim triều (tức triều Nguyễn) gia phong Tuấn mại, Cương trung, Trác vĩ, Thượng đẳng tôn thần”.Trong khi đó, Sắc ban vào năm 1890, 1924 có gia phong: “Thái úy, An Quốc công, gia phong Dực vận, Phụ quốc, Dương uy, Phù tộ, Cao tông, Hồng liệt, Vĩ duyệt, Sùng huân, Khải trạch Đại vương”.

Con Trai Nguyễn Bá Quýnh Thiếu uý, tước Nguyên quận công, Là người bị Trịnh Kiểm gọi về (1569)để Nguyễn Hoàng vào thế khi Ông làm Tổng Trấn Thuận Hóa Quảng Nam.

Cháu ông là Trần Phỉ đỗ thám hoa thời Lê Uy Mục, sau này làm quan cho nhà Mạc, làm đến chức Thượng thư Bộ Binh rồi Thiếu phó, tước Lai quận công[1].