Gleason giftet seg med Eleanor Theodolinda Mattei, datter av den Sveitsisk-Amerikanske vinmakeren Andrew Mattei. De møttes på et dampskip da Gleason var på en botanisk ekspedisjon, mens Mattei var på en dannelsesreise i verden etter sin eksamen fra Mills College. Deres eldste sønn, Henry Allan Gleason Jr. (1917-2007), ble lingvistikker og professor ved University of Toronto. Deres andre sønn, Andrew Gleason (1921-2008), ble matematiker og professor ved Harvard University.