Vilhelm Dons var sønn av presten Fredrik Christian Dons (1836–1885) og Ebba Johanna Ullmann (1843–1908). Han hadde fire søsken, blant dem Ragna Thiis, gift med Jens Thiis, Margrete Kjær, gift med Nils Kjær og Kathrine Lie, gift med Erik Lie. Selv var han gift med journalisten, forfatteren og kvinnesaksforkjemperen Ella Anker (1870–1958), som var datter av Herman Anker og søster av Katti Anker Møller. De ble skilt i 1907, og hadde ingen barn.