Ia menikah dengan Judith Buber Agassi – cucu Martin Buber – semenjak tahun 1949. Mereka dikaruniai dua orang anak, yaitu Aaron dan Tirzah, yang meninggal akibat kanker pada Maret 2008. Mereka saat ini tinggal di Herzliya, Israel. Saat masih kecil, Tirzah sering digunakan oleh Popper dalam diktumnya "Tulislah untuk Tirzah!" untuk menjelaskan bahwa semua orang harus menulis sesuatu dengan bahasa yang jelas dan mudah dipahami.
