Nguyễn Nghiễm có tất cả tám người vợ và 21 người con, trong đó nổi danh nhất là 3 người[1]:

• Con trưởng là Nguyễn Khản làm đến Tham tụng triều Lê mạt. Đương thời Nguyễn Khản và Nguyễn Nghiễm cùng làm quan trong triều.
• Nguyễn Đề làm quan nhà Tây Sơn giữ chức Tả đồng nghị Trung thư sảnh, đã từng đi sứ sang Yên Kinh dự lễ nhường ngôi của vua Càn Long nhà Thanh, họa thơ cùng các sứ thần Triều Tiên.
• Đại thi hào Nguyễn Du là con thứ 7 của ông và bà vợ ba Trần Thị Tần.