Martin ble etter sin død gravlagt i Los Angeles National Cemetery som tilhører US Department of Veterans Affairs og ligger i Los Angeles i California. Dean Paul Martin giftet seg med skuespillerinnen Olivia Hussey i 1971. De fikk ett barn sammen som heter Alexander som i likhet med foreldrene ble skuespiller som voksen. Martin og Hussey ble skilt i 1978. Han giftet seg deretter med Dorothy Hamill i 1982 og de tok ut skilsmisse i 1984.