Fra 1949 til 1956 var han gift med skuespillerinnen Inna Makarova. Med henne fikk han datteren Natalja Bondartsjuk som er mest kjent for hennes rolle i filmen Solaris regissert av Andrej Tarkovskij. Hans andre kone Irina Skobtseva møtte han under innspillingen av filmen . De ble gift i 1959.