Bà đã kết hôn. Chồng bà là ông Nguyễn Hữu Tráng, quê quán ở tỉnh Bắc Ninh[12], từng làm Trưởng Văn phòng Berlin thuộc Đại sứ quán Việt Nam tại Đức[4], Tổng Lãnh sự đầu tiên của Việt Nam tại Frankfurt/Main (Đức) từ năm 2007 đến năm 2011.[13] Nguyễn Hữu Tráng cũng Tốt nghiệp đại học Luật ở Berlin chuyên ngành công pháp quốc tế (Völkerecht) và về Việt Nam năm 1982.[13] Ông sang học ở Cộng hòa Dân chủ Đức (Đông Đức) từ năm 1977,[12] từng học đại học ở Leipzig, Berlin và Heidelberg (1989-1990).[13] Tính đến năm 2011, ông có gần 25 năm công tác ở Cục Lãnh sự Bộ Ngoại giao Việt Nam, từ năm 1994 ông là lãnh đạo Cục Lãnh sự Bộ Ngoại giao Việt Nam.[13]

Nguyễn Thị Hoàng Anh có hai người con.[4]