ライオネル・ペンローズ
生理学者ジョン・ベレスフォード・リーズス(英語版)の娘のマーガレット・リーズス(Margaret Leathes)と1928年に結婚し、以下の三男一女をもうけた。
オリバー・ペンローズ(1929年 - ) - 物理学者。
ロジャー・ペンローズ(1931年 - ) - 数理物理学者、数学者。父とともにペンローズの三角形に関する論文を発表した。2020年のノーベル物理学賞受賞者。
ジョナサン・ペンローズ(英語版)(1933年 - ) - チェス・プレイヤー、心理学者。
シャーリー・ホジソン(1945年 - ) - 医師、遺伝学者。
ライオネル・ペンローズは1972年5月12日にロンドンにおいて73歳で死去した。その後マーガレットは、ペンローズの友人で数学者のマックス・ニューマンと再婚し、1989年に死去した。
父はアイルランド生まれのJ・ドイル・ペンローズ(英語版)、母はエリザベス・ジョセフィン・ペンローズ(Elisabeth Josephine Penrose、旧姓ペックオーバー(Peckover))、弟はローランド・ペンローズ(英語版)で、いずれも芸術家である。