Первой супругой Вячеслава Тихонова стала однокурсница по ВГИКу Нонна Викторовна Мордюкова (1925-2008). Они поженились вскоре после рождения сына Владимира, который появился на свет 28 февраля 1950 года. Летом того же года молодые родители окончили институт, и вынуждены были с маленьким ребёнком переезжать с места на место. Им пришлось ещё долго скитаться по друзьям, общежития, коммуналки, бараки – они пережили тогда все трудности, пока наконец не получили своё жильё. Этот звёздный союз двух талантливых актёров продлился целых 13 лет и распался сразу после смерти матери Мордюковой.

Судьба единственного сына Владимира оказалась трагической: не заладилась его личная жизнь (дважды был женат, дети от разных браков: Василий и Владимир) и актёрская карьера. С юных лет он стал злоупотреблять алкоголем, а затем пристрастился и к наркотикам. К сорока годам Владимир успел перенести два инсульта. Врачи тогда предупреждали, что третий может быть смертельным. Так оно и случилось. Владимир умер летом 1990 года от острой сердечной недостаточности (ишемическая болезнь), вызванной многолетним злоупотреблением алкоголя и наркотиков. Потеря любимого сына стала самой большой трагедией в жизни Тихонова и Мордюковой.

В 1968 году Вячеслав Васильевич женился на Тамаре Ивановне (она взяла фамилию мужа), переводчице с французского, работнице «Совэкспортфильма». Они познакомились во время работы над озвучиванием фильма "Мужчина и женщина". 5 июля 1969 года у них родилась дочь Анна, которая как и отец в будущем стала актрисой. 10 июня 2005 года она подарила своему отцу внуков-близнецов Вячеслава и Георгия.

Последнее время почти круглогодично Тихонов жил на своей даче на Николиной горе под Москвой.

Актёр был страстным футбольным и хоккейным болельщиком, поклонником команды «Спартак». Увлекался зимней рыбалкой. Его любимым произведением был роман Л.Н. Толстого «Война и мир», а любимым кинофильмом – "Большая жизнь" с Петром Алейниковым.

Последней работой в кино для Вячеслава Васильевича стала роль Человека с добрым лицом и нимбом на голове в картине Эльдара Рязанова "Андерсен. Жизнь без любви" (2006).

28 ноября 2009 года Тихонов был госпитализирован в реанимацию Центральной клинической больницы с повторным инфарктом миокарда. 1 декабря ему была срочно проведена операция, так как появились осложнения. Актёр находился под постоянным наблюдением врачей, но состояние его оставалось тяжёлым.

Вячеслав Васильевич Тихонов ушёл из жизни 4 декабря 2009 года в 15:35 в Центральной клинической больнице Москвы. Похоронен великий актёр 8 декабря на Новодевичьем кладбище столицы (участок № 10, ряд № 10, место № 5), рядом с могилами артистов: Олега Янковского, Георгия Жжёнова и Клары Лучко.