Han var sønn av embetsmannen Edvard Christie Heiberg (1801–1871) og Engel Arentz Scheel, og bror av offiseren Axel Wulfsberg Heiberg. I 1856 ble han gift med Vilhelmine (Minna) Augusta Rode, datter av en dansk justisråd. Han var far til dramatikeren Gunnar Heiberg.