Vợ ông là Trần Thị Ý, người Hà Nội, nữ sinh Trường Tư thục Thăng Long, sau làm phát thanh viên Đài Tiếng nói Việt Nam.

Trần Lâm và vợ có bốn người con: Trần Ngọc Dung (sinh 1950), Trần Kim Thu (sinh 1952), Trần Điện Biên (sinh 1954), Trần Bình Minh (sinh 1958) công tác tại Đài Truyền hình Việt Nam. Con trai út của ông bà, Trần Bình Minh là nguyên Tổng Giám đốc Đài Truyền hình Việt Nam.