Eltern von Kirk Douglas waren Herschel "Harry" Danielovitch und Bryna Sanglel. Kirk wuchs mit sechs älteren Geschwistern auf.
Seine erste Frau, Diana Dill, die ebenfalls Schauspielerin ist, heiratete er am 2. November 1943. Sie wurde am 22. Januar 1923 geboren. Aus dieser Ehe entstammen Michael und Joel Douglas. Michael wurde am 25. September 1944 geboren, Joel am 23. Januar 1947. Beide sind Filmproduzenten, wobei Michael Douglas auch bekannterweise Schauspieler und Oscarpreisträger ist. 1951 ließen sich Kirk und Diana scheiden.
Nur drei Jahre später heiratete er Anne Buydens, die am 13. Mai 1930 in Hannover geboren wurde. Die Ehe hält bis heute an und aus ihr entstammen zwei Söhne. Peter Vincent Douglas wurde am 23. November 1955 geboren und ist ebenfalls Filmproduzent. Der jüngste Sohn war Eric Anthony Douglas, der am 21. Juni 1958 geboren wurde und am 6. Juli 2004 tot in seinem Apartment in New York aufgefunden wurde. Eric war drogen- und alkoholabhängig.