Botkin war verheiratet und hatte vier Kinder. Nachdem seine Frau Olga ein Verhältnis mit dem Deutschlehrer ihrer Kinder begonnen hatte, ließ sie sich 1910 von ihm scheiden. Seine zwei ältesten Söhne Dimitri und Juri fielen im Ersten Weltkrieg. Sein Sohn Gleb und seine Tochter Tatjana wurden nach der Ermordung der Zarenfamilie zu starken Unterstützern von Anna Anderson, die behauptete, identisch mit der Großfürstin Anastasia zu sein.