Năm 1955 ông tham gia bộ phim Othello (Отелло), sau bộ phim này ông đã làm quen được với nữ diễn viên Irina Skobtseva, người sau này trở thành vợ thứ hai của Bondarchuk. Người vợ đầu của đạo diễn cũng là một diễn viên, bà Inna Makarova, hai người có với nhau một đứa con gái, Natalya Sergeyevna Bondarchuk (sinh năm 1950), người sau này cũng trở thành một diễn viên và đạo diễn khá nổi tiếng. Với người vợ sau Irina, Bondarchuk có thêm hai người con, Elena (sinh năm 1962), sau cũng trở thành diễn viên, và Fyodor (sinh năm 1964), đạo diễn bộ phim Đại đội 9 năm 2005 đã gây tiếng vang trong nền điện ảnh Nga.