Moltke var sønn av Joachim Godske Moltke til Bregentved og Georgine Buchwald. Han giftet seg to ganger; første gang i 1817 med Frederikke Louise, født Knuth (død 1819) og annen gang i 1823 med hennes søster Marie Elisabeth, begge døtre av gehejmekonferensråd Frederik Knuth. Han var far til Frederik Moltke og Christian Moltke, begge politikere.