Shetelig var sønn av skipsreder Harald Fredrik Schetelig (1846–1918) og Magnhild Pedersen (1850–1920) som var søster av Tord Pedersen (1857–1926) ved Drammen latinskole. De fikk åtte barn. Storebroren Jakob Schetelig (1875–1935) ble geolog som kartla Oslofeltet, mens søsteren Thea Louise Schetelig (1878–1973) ble mor til meteorologiprofessor Jørgen Holmboe (1902–1979), se Holmboe-slekten. Haakon giftet seg i 1906 med Frida Grieg (1880–1955) som var datter av skipsmegler Joachim Grieg, se Grieg (slekt). De var foreldre til forfatteren Kari Shetelig Hovland (1916–2006).