• Thân phụ: Cụ Nguyễn Văn Hướng (Quê quán Bắc Ninh. Từng giữ chức Phụ tá Giám đốc Công an Nguyễn Đình Tại ở Hà Nội (1950), Giám đốc Công an Bắc Phần (1953), Phụ tá Tổng Giám đốc Công an Thiếu tướng Nguyễn Ngọc Lễ ở Sài Gòn (1955)).[5][29]
• Thân mẫu: Cụ Nguyễn Thị Nghiêm (Quê quán Hà Đông. Từng là Trợ giáo trường Pháp-Việt tại Thượng Hải).[5]
• Phu nhân: Bà Phạm Thị Hường (Quê quán Hà Nội)

• Tướng Hiếu có một người chị họ là bà Nguyễn Thị Khánh, vợ của ông Trần Đại Nghĩa[31] và một người anh họ là ông Nguyễn Quang Đích, thư ký riêng của Đại tướng Văn Tiến Dũng. Hai người này là con cụ Nguyễn Văn Thường (anh cụ Hướng), bác ruột của ông.

Tối ngày 29 tháng 4 năm 1975, bà quả phụ tướng Hiếu cùng 6 người con được di tản bằng trực thăng ra Hạm đội 7 Hoa Kỳ đậu ở ngoài khơi Vũng Tàu, sau đó sang định cư tại Philadelphia, Pennsylvania, Hoa Kỳ.[32]