Thuận Yến gặp gỡ nghệ sĩ đàn tranh Hồ Thanh Hương (sinh năm 1945) trong thời gian theo học tại Nhạc viện Hà Nội vào năm 1960. Họ kết hôn vào năm 1968[18]. Ngoài "Chia tay hoàng hôn", ông từng viết tặng cho bà những tình khúc như "Tình yêu không lời", "Tiếng đàn thập lục",...[18] Sau khi đất nước thống nhất, Thuận Yến cùng gia đình sống tại đường Đê La Thành, Hà Nội. Cả hai người con của ông cùng theo nghề nhạc: ca sĩ Thanh Lam (sinh năm 1969, tên đầy đủ là Đoàn Thanh Lam) và DJ, nhà sản xuất âm nhạc Trí Minh (sinh năm 1972, tên thật là Đoàn Hữu Thắng) từng tổ chức liveshow Thuận Yến – Tình yêu không lời tôn vinh cha vào năm 2009 với nhiều nghệ sĩ nổi tiếng tham gia trong tư cách khách mời[19]. Liveshow được trình diễn 2 đêm tại Nhà hát Lớn Hà Nội vào tháng 9[20], sau đó có thêm một đêm tri ân vào đầu tháng 12 tại Nhà hát Trưng Vương, thành phố Đà Nẵng[21]. Nói về chương trình, Thuận Yến nhận xét: "Tôi rất hài lòng về đêm nhạc. Một chương trình hay và vừa vặn. Thanh Lam và các ca sĩ khách mời đều hát tốt và chọn bài rất đúng"[22].

Tháng 10 năm 2014, một đêm nhạc khác mang tên Bản tình ca cha viết cũng đã được gia đình Thuận Yến cùng nhạc sĩ Quốc Trung, các ca sĩ Trọng Tấn, Tùng Dương, Anh Thơ... tổ chức tại Cung văn hóa hữu nghị Việt–Xô, Hà Nội.[23][24]