علی مطهری در سال 1360۱۳۶۰ با نوه شيخ جواد انصاري از عرفاي هم عصر آیت الله خمینی عقد كرده و در سال 1362۱۳۶۲ زندگي مشترك را با وی آغاز كرده است. در حال حاضر همسر ايشان دارای فوق ليسانس حقوق بوده ولي شاغل نيستند. علی مطهری 4۴ فرزند دارد که طبق مصاحبه علی مطهری در شهریور 1389۱۳۸۹: "اولي مرتضي 24۲۴ ساله و مهندسي عمران تهران جنوب مي خواند، دومي رضا است كه 19۱۹ سال دارد و مهندسي مكانيك شريف مي خواند، سومي ليلا است كه دوم راهنمايي است و چهارمي هم زهرا است كه الان حدود 2۲ سال دارد." <ref>[{{ یادکرد وب |نویسنده = |نشانی=http://www.tabnak.ir/fa/news/119276 |عنوان=ماجراي عشق و ازدواج علي مطهري - | سایتناشر تابناک،= بازبینی شده در ]</ref>تابناک
