El 15 de febrero de 1939 contrajo matrimonio con la cordobesa Silvia Martorell (1915-1966), hija de Arturo Martorell y Mercedes Kaswalder, y con quien tuvo tres hijos: Emma Silvia Illia (en 1940), Martín Arturo Illia (también en 1940) y Leandro Hipólito Illia (en 1946).