Thor Thommesen giftet seg 29. september 1900 med kjøpmann- og skipsrederdatter Birgithe (Bibi) Christensen (1877–1941). De bodde i Kirkegaten 5, men hadde sommerbolig på Hisøy. Sammen fikk de barna: Jens Thomas (f. 1902), Gudrun (f. 1905) og Hanne (f. 1909).