Gilles Villeneuve a épousé Joanna Barthe en 1970. Le couple a eu deux enfants, Jacques Villeneuve (né en 1971, vainqueur des 500 miles d'Indianapolis en 1995 et champion du monde de Formule 1 en 1997) et Mélanie Villeneuve (née en 1973, et aujourd'hui une concertiste réputée).