Han hadde tre sønner fra sitt første ekteskap. I 1993 giftet han seg med Ethel-Michele de Villiers, som da var forsker ved Deutsches Krebsforschungszentrum, og som tidligere hadde medforfattet mange forskningsartikler med zur Hausen om papillomavirus og genitalkreft, så langt tilbake som fra 1981. Han fremhevet hennes forskningsbidrag og støtte i sin nobelprisbiografi.