Maduro foi casado duas vezes e tem um filho, Nicolás Maduro Guerra, de 35 anos, do primeiro casamento, que ocupou vários cargos importantes no governo de seu pai. Em 2013, Maduro casou-se com a advogada Cilia Flores, que liderou a luta legal pela libertação de Hugo Chávez da prisão em 1992. Ambos foram agora capturados pelos Estados Unidos.
