Casó Francisco de Melo con María de Sandoval y Moscoso (muerta en 1630) y después, en 1635, con su sobrina Juana Pimentel (muerta en 1657), dama de la reina Maria Francisca Isabel de Borbon, hija de Antonio de Pimentel, 4° marqués de Távora y de Isabel de Melo su cuñada.