Roddenberry var gift to ganger. Han fikk to barn med sin første kone, Eileen Rexroat (som han var gift med i 26 år), Dawn og Darleen. Hans andre kone var Majel Barrett, som spilte sykepleier Christine Chapel i den originale 1960-tallsserien (), og er velkjent som stemmen til datamaskinen i de senere seriene ogLwaxana Troi, moren til Deanna Troi i . Majel og Gene hadde møtt hverandre i flere år, da han bestemte at det var tid for å gifte seg, og spurte henne om å bli med på det, selv om han besøkte Japan på den tiden. Gene tilhørte ingen spesiell religion, men siden de var i Japan, valgte de et shinto-buddhistisk bryllup 6. august 1969. De anså begge dette som sitt virkelige bryllup, men hans skilsmisse var ikke endelig ennå, og de gjorde ekteskapet lovlig med en sivil seremoni, 29. desember 1969. De fikk sønnen Rod Roddenberry, 5. februar 1974.