父小川琢治(地質学者・地理学者)と母小雪の長男で、弟に東洋史学者の貝塚茂樹(次男)、物理学者で日本人初のノーベル賞受賞者(物理学賞)の湯川秀樹(三男)、中国文学者の小川環樹(四男)がいる。