Cha: Đoàn Cầu

Mẹ: Nguyễn Thị Dương (sinh năm 1902)

em trai: Đoàn Đình (Liệt sĩ)

em trai: Đoàn Giao (Liệt sĩ)

em trai Đoàn Ngọc Anh (Liệt sĩ)

em trai: Đoàn Cư (Liệt sĩ)

em gái: Đoàn Thị Tùng (Liệt sĩ)

Anh trai: Đoàn Khuê, Đại tướng, cố Bộ trưởng Bộ Quốc phòng Việt Nam.

Em trai: Đoàn Thúy, Đại tá

Vợ: Nguyễn Thị Bảo- Nữ sinh trường Đồng Khánh- Nguyên bác sĩ Bệnh viện quân y 108