Thư Minh Thiên hoàng là cháu của Mẫn Đạt Thiên hoàng ở cả hai bên nội và bên ngoại. Cha ông là Hoàng tử Áp Phản Ngạn Nhân đại huynh hoàng tử (押坂彦人大兄皇子, おしさかのひこひとのおおえのみこ), con trai trưởng của Mẫn Đạt Thiên hoàng và Hoàng hậu Quảng Cơ (廣姬, ひろひめ), một hoàng nữ cũng xuất thân trong hoàng tộc Nhật Bản. Mẹ ông là Khang Thủ Cơ hoàng nữ (糠手姫皇女), là em gái cùng cha khác mẹ của cha ông, con gái của Mẫn Đạt Thiên hoàng và Thái nữ Thổ Danh Tử (菟名子, うなこ).

Thư Minh Thiên hoàng có tám người con; gồm 4 hoàng tử và 4 hoàng nữ.

• Hoàng hậu: Bảo hoàng nữ (宝皇女), con gái của Vương tử Chinu (茅渟王, ちぬのみこ), là anh trai của Thư Minh. Theo vai vế, bà gọi Thiên hoàng là chú bác; có ba người con:
  • Hoàng tử Kazuraki (葛城皇子, かずらきのみこ), sau là Thiên Trí Thiên hoàng.
  • Hoàng nữ Hashihito, Gian Nhân hoàng nữ (間人皇女, はしひとのひめみこ), sau làm Hoàng hậu của Hiếu Đức Thiên hoàng.
  • Hoàng tử Ōama (大海人皇子, おおあまのみこ), sau là Thiên Vũ Thiên hoàng.
• Phi: Điền Nhãn hoàng nữ (田眼皇女, ためのひめみこ), con gái của Mẫn Đạt Thiên hoàng và Thôi Cổ Thiên hoàng.
• Phu nhân: Tô Ngã Pháp Đề Lang Nữ (蘇我法提郎女, ほていのいらつめ), con gái của Soga no Umako (蘇我馬子, Tô Ngã Mã Tử).
  • Hoàng tử Furuhito no Ōe (古人大兄皇子, ふるひとのおおえのみこ).
  • Hoàng nữ Nunoshiki, Bố Phu hoàng nữ (布敷皇女).
• Phu nhân: Túc Điền Hương Trất Viện (粟田香櫛媛), con gái của Túc Điền Thần Linh Tử (粟田臣鈴子).
  • Hoàng nữ Oshisaka no Watamuki, Áp Phản Cẩm Hướng hoàng nữ (押坂錦向皇女).
• Phu nhân: Tô Ngã Thủ Bôi Nương (蘇我手杯娘), con gái của Soga no Emishi (蘇我蝦夷, Tô Ngã Hà Di).
  • Hoàng nữ Yata, Tiễn Điền hoàng nữ (箭田皇女).
• Thái nữ: Văn Ốc Thái nữ (蚊屋采女), không rõ xuất thân.
  • Hoàng tử Kaya (蚊屋皇子, かやのみこ).