En 1940, al iniciar su mandato como ministro de Salubridad, contrajo matrimonio con Hortensia Bussi Soto, conocida popularmente como "Tencha", a quien había conocido en Santiago la noche del 24 de enero de 1939 —cuando ocurrió el terremoto de Chillán— y con quien ya vivía. Junto a ella tuvo tres hijas: Carmen Paz (nacida en 1941), Beatriz (1943-1977) e Isabel (n. 1945). De ellas, Salvador Allende tuvo seis nietos: Gonzalo Meza Allende, Marcia Tambutti Allende, Carmen Sepúlveda Allende, Maya Fernández Allende, Alejandro Fernández Allende y Pablo Sepúlveda Allende. Cinco nietos del expresidente son chilenos excepto Alejandro, el hijo de menor de Beatriz Allende, quien nació en Cuba. El gobierno cubano invirtió los apellidos de su nieto Alejandro colocando primero el materno para impedir que pasara a segundo plano el apellido paterno del exmandatario.