Han var 1959–1978 gift med Tonje Strøm Aas, som han møtte på Kunst- og håndverksskolen. Paret fikk to sønner. Sønnen Atle Aas, arkitekt, er gift med Camilla Stoltenberg. I 1996 giftet Nils Aas seg med håndverker Christine Reintz, født 1957.