Luzjkovs første kone, Marina Basjilova, døde av keverjkreft i 1989. De var blitt gift i 1958, og hadde fått to barn. Han traff sin tilkommende andre kone, Jelena Baturina, i 1987. Hun var 27 år yngre enn ham. De giftet seg i 1991. Baturina var en russisk forretningskvinne og ble landets eneste kvinnelige milliardær. De hadde to døtre, Jelena (født i 1992) og Olga (født i 1994), og eide et hjem i rikmannsstrøket Kensington i London, som de kjøpte i 2013 gjennom et selskap registrert i Gibraltar.