Han var sønn av kirurg og president i Norges Røde Kors Nikolai Nissen Paus og Sofie Amalie Brandt Ødegaard. Han var barnebarn til skolemannen B.C. Pauss og Anna Henriette Wegner og til oberst Vilhelm Christian Marius Ødegaard og Inga Hedvig Holst, og var bl.a. oldebarn av industriherren Benjamin Wegner og trelasthandler mm. Frederik J. Holst. Han var gift med Anne Collett (1918–2008), datter av brukseier Axel Collett og Lucie Trozelli Krefting. Hans bror, kirurgen Bernhard Paus, var gift med Annes søster Brita Collett. Vilhelm og Anne hadde fem barn, og har etterkommere med slektsnavn Paus, Wessel, von Pirquet, Sundt, Poetzsch, Hedberg og Haukeland.