Trần Mạnh Hùng kết hôn với ca sĩ Hồng Vy, con gái nghệ sĩ nhân dân Doãn Tần. Hồng Vy cho rằng Trần Mạnh Hùng là người đồng hành và giúp cô thực hiện những sản phẩm âm nhạc chất lượng.[40] Trần Mạnh Hùng cũng là người đưa ra những lời khuyên để nữ ca sĩ có một định hướng âm nhạc tốt, hòa nhập với thị trường âm nhạc Việt Nam hiện đại.[40] Họ có một người con trai là Chí Nam.[41] Năm 2017, Hồng Vy ly hôn với Trần Mạnh Hùng.[41] Sau cuộc hôn nhân, cô đưa con ra Hà Nội để chăm sóc bố mình là Doãn Tần.[41] Thời điểm chưa ly hôn, hai người được đánh giá là "cặp nghệ sĩ tài năng, hỗ trợ lẫn nhau trên con đường tìm tòi nghệ thuật".[42]