郭沫若一生和三個女人結過婚， 第一個是奉父母之命結婚的原配張瓊華， 郭沫若婚後五天就跑去了日本， 從此一生僅見過張瓊華一面。 張瓊華沒有生育， 在郭家侍奉公婆68年後去世。
第二個妻子是日本護士佐藤富子。 二人相識於郭沫若在九州帝國大學學醫時， 1916年開始同居， 佐藤富子為此斷絕了與父母的關係， 郭沫若為其取名“安娜”。 安娜為郭沫若生下四子一女， 抗戰爆發後， 郭沫若不辭而別， 回了中國， 安娜被日本當局逮捕並嚴刑拷打， 後來釋放。 1948年， 安娜來到中國， 但郭沫若此時已另有妻兒， 對她避而不見， 後來周總理將其安置在大連， 1995年在上海逝世， 享年101歲。
安娜與郭沫若生育了五個孩子， 長子郭和夫， 在日本完成從小學到大學的學業， 是我國科學院的化學家， 原中科院大連化學物理所所長， 1994年去世。
次子郭博是建築家和攝影家， 他曾經說過：“郭沫若對於家庭來說， 是個罪人。 ”
三子：郭複生（亦叫佛生）是中國科學院動物所工程師。
四子：郭志鴻， 小時候師從日本東京藝術大學著名鋼琴教授田村宏， 長大後成為著名鋼琴音樂家， 中央音樂學院客座教授。
女兒：郭淑瑀， 與林愛信結婚， 生一女林叢。 林叢後留學日本，
中間為郭沫若和於立群
郭沫若的第三個妻子是于立群， 也是郭沫若曾經情人于立忱的親生妹妹， 二人在於立忱自殺後的第二年結婚，
長子：郭漢英， 畢業於清華大學工程物理系核理論專業， 中國科學院理論物理所研究員、博士生導師， 2010年去世。
次子：郭世英， 肄業北京大學哲學系， 1968年在北京農業大學被批鬥， 不久從四樓墜下而死， 自殺他殺至今成謎。
三子：郭民英， 肄業中央音樂學院， 1967年參加海軍， 後來無預兆突然自殺。
長女：郭庶英， 畢業于中國科技大學生物物理系。 所有子女中她陪伴郭沫若時間最長， 也最得郭沫若疼愛， 郭沫若去世後， 寫有《我的父親郭沫若》一書。
次女：郭平英， 畢業于人民大學， 中國社會科學院歷史所副所長、郭沫若紀念館館長。
四子：郭建英， 本科就讀清華大學， 碩士就讀北京大學。