Niels Helveg Petersen var sønn av folketingsmedlem og minister Kristen Helveg Petersen og borgmester i København Lilly Helveg Petersen. Også Niels Helveg Petersens sønner, Morten Helveg Petersen og Rasmus Helveg Petersen, har vært medlemmer av Folketinget for Det Radikale Venstre.