Cha mẹ ông là ông Nông Văn Lại và bà Hoàng Thị Nhị, hàng năm tháng ba âm lịch (tết thanh minh) luôn về quê để tảo mộ cha mẹ (hai người đều mất sớm), và ông còn có em trai, em gái ở quê.[4][5] Ông luôn bác bỏ tin đồn rằng ông là con của Hồ Chí Minh, và đã trả lời "Ở Việt Nam ai cũng là con cháu Bác Hồ" khi được báo chí hỏi về điều đó.[5][6]
Con trai cả là Nông Quốc Tuấn, Phó Chủ nhiệm Ủy ban Dân tộc, thành viên Ủy ban Quốc gia phòng, chống AIDS và phòng, chống tệ nạn ma túy, mại dâm, Ủy viên BCH Trung ương Đảng khóa XI.[7][8]
