Đỗ Bảo kết hôn vào năm 2004 với Ứng Thanh Vân[74] (sinh năm 1983). Thanh Vân từng là sinh viên trường Cao đẳng Nghệ thuật văn hóa Quân đội[113]. Cô gặp lại Đỗ Bảo sau này vào năm 2003 khi là ca sĩ thuộc Đoàn ca múa nhạc nhẹ Trung ương nơi mà nhạc sĩ công tác. Sau khi không thể theo đuổi sự nghiệp ca hát, Thanh Vân trở thành chuyên viên trang điểm thẩm mỹ[132]. Ngoài ra, cô còn là MC truyền hình trong đó có các chương trình Quán âm nhạc và Tiêu điểm 5321 thuộc hệ thống Truyền hình cáp Việt Nam[133][134]. Ca khúc "Ngày cưới" được Đỗ Bảo sáng tác và thu âm cùng vợ 2 hôm trước ngày cưới để bật lên trước khách mời của buổi lễ[135]. Họ có hai người con là Chúc An (sinh năm 2006)[136][137] và Bình Chương (sinh năm 2012)[138]. Thanh Vân và gia đình là chủ đề trong rất nhiều sáng tác của Đỗ Bảo, trong đó có các ca khúc "Bức thư tình thứ hai", "Bức thư tình thứ ba", "Bức thư tình thứ tư", "Mây", "Biết mãi là bao lâu", "Kế hoạch làm bạn",...

Đỗ Bảo sở hữu một phòng thu cá nhân tại nhà riêng ở Hà Nội[111][139], nơi anh thực hiện rất nhiều album cũng như các sản phẩm hòa âm phối khí khác. Ngoài âm nhạc, anh còn có sở thích đọc và đi du lịch.