В 1885 году Конан Дойл женился на Луизе «Туе» Хокинс; она долгие годы страдала туберкулёзом и скончалась в 1906 году.
В 1907 году Дойл женился на Джин Лекки, в которую был тайно влюблён с момента знакомства в 1897 году. Жена разделяла его увлечение спиритизмом и даже считалась довольно сильным медиумом.
У Дойла было пятеро детей: двое от первой жены — Мэри и Кингсли, и трое от второй — Джин Лена Анетт, Денис Перси Стюарт (17 марта 1909 — 9 марта 1955; в 1936 году он стал мужем грузинской княгини Нины Мдивани) и Адриан (впоследствии также писатель, автор биографии отца и ряда произведений, дополняющих канонический цикл рассказов и повестей о Шерлоке Холмсе).