Alf Wollebæk var sønn av oberst Sigvard Polidor Wollebæk (1835–1920) og Anine Julie Augusta Dahl (1834–1912), samt bror til Johan Wollebæk. Alf giftet seg i 1903 med sanger Agnes Hanssen (1879–1930) og i 1932 med Ruth Jensen (1891–1958).