Мать — Людмила Харитоновна Гребенщикова – юрист-консультант Ленинградского дома моделей. Отец БГ - Борис Александрович Гребенщиков - инженер, был директором опытного завода Балтийского пароходства, умер в 1975 г..

Бабушка - Екатерина Васильевна, была для БГ необходимой и незаменимой, жила им с момента переезда семьи родителей Бориса в один дом вплоть до своей смерти в 1992 г., в этот период БГ был в Соединённых Штатах. Людмила Харитоновна и Екатерина Васильевна пережили блокаду Ленинграда, потеряв отца и мужа.

1-я жена Бориса Гребенщикова — Наталья Козловская. Они поженились осенью 1976 г.. В августе 1978 г. у них родилась дочь Алиса, впоследствии ставшая киноактрисой. Разошлись супруги в 1980 г. после скандального концерта в Тбилиси. В Москве в 2008 г. Алиса родила сына, которого назвала Алексеем, и вышла замуж за отца ребёнка - Сергея Дондуряна.

2-я (по данным одной из телепрограмм канала «НТВ», 1-я) жена — Людмила Шурыгина (брак длился с 1980 по 1989 гг..) (до этого являлась гражданской женой Всеволода Гаккеля). Людмила работала школьным секретарём. 14 февраля 1985 г. у них родился сын, которого они назвали Глебом. У Глеба подрастает дочь Алиса. Сам Глеб известен как DJ Gebe.

3-я жена Ирина, бывшая жена А. Титова (1991 год). Ирина и Борис воспитывали Василису Гребенщикову и Марка Титова — дочь и сына Ирины и Александра, усыновлённого БГ. Дети Ирины имеют высшее образование. Глеб проживал с отцом с периода смерти Екатерины Васильевны. Василиса — художник, Марк выступает с несколькими независимыми музыкальными группами и пишет электронную музыку под псевдонимом «Bio C».