丁肇中的父亲丁观海早年求学于光华大学（今华东师范大学）和交通大学，因国共内战，随中华民国政府迁入台湾，担任国立台湾大学工程学教授。母亲王隽英是心理学教授。丁肇中是家中长子，有一弟一妹，分别取名为丁肇华及丁肇民，全家皆拥有中华民国国籍。丁肇中接受中国中央电视台主持人曲向东采访时，在被问到如果有第四个兄弟姊妹，是否取名为「丁肇族」时，他爽快说：「不，叫丁肇国，因为没有这个国，所以就到台湾去了！」取名「中华民国」是要纪念为中华民国起义而殉国的外祖父王以成。丁肇中和他的第一位妻子凯伊·库尼（Kay Kuhn