Thorleif Paus' farfar Christopher Blom Paus hadde startet forretningskarrieren i broren Knud Ibsens forretning da Knud etablerte seg som kjøpmann i Skien i 1825 og bodde med broren Knud og kusinen Marichen Altenburg i Stockmanngården da Henrik Ibsen ble født i 1828. Christopher Blom Paus ble senere en ledende skipsreder i Skien. Thorleif Paus var tremenning til statsminister Sigurd Ibsen, og Henrik Ibsen var farens fetter. Som barn møtte Thorleif Paus Henrik Ibsen da besteforeldrene Christopher og Mine Paus feiret gullbryllup hos sønnen Ole i Christiania i 1895. Thorleif Paus var også fetter til godseier Herman Paus, som var gift med Leo Tolstojs barnebarn grevinne Tatiana Tolstoy-Paus, var bror til stålgrosserer Christopher Blom Paus samt svoger til adelshistorikeren Otto von Munthe af Morgenstierne, grosserer Nicolay Nissen Paus og grosserer Trygve Andvord. Han var onkel til Lucie Paus, gift med Axel Løvenskiold, og til Per Paus, gift med deres felles slektning Hedevig Wedel-Jarlsberg. Thorleif Paus var tremenning til grev Christopher Paus.