Asimov giftet seg med Gertrude Blugerman (1917, Canada–1990, Boston) 26. juli 1942. De fikk to barn sammen, David (f. 1951) og Robyn Joan (f. 1955). De separerte seg i 1970 og skilte seg i 1973. Senere samme år giftet Asimov seg med Janet O. Jeppson.