Han tilhørte slekten (Bie) Lorentzen og begge foreldrenes familier hadde vært skipsredere i Grimstad, Arendal og Holmestrand i generasjoner. Han var sønn av ingeniør, oppfinner, industrileder og grosserer Hans Bie Lorentzen (1877–1926) og barnebarn av skipsreder i Fevik Ole Pedersen (1844–1908). Bie-navnet kom inn i familien med Ingeborg Bie (1787–1832), datter av skipsreder Hans Andersen Bie (1742–1819) og gift med skipsreder i Grimstad Gustavus Lorentzen (1766–1829). Han tilhørte samme slekt som skipsreder Øivind Lorentzen og dennes sønn Erling Lorentzen, og hans farfar var en av forfatterne av slektsboken (1913). Han ble gift i 1938 med magister og medgrunnlegger av Nansenskolen Anna Henriette Wegner Haagaas (Henriette Bie Lorentzen), datter av skolemannen Theodor Haagaas.