結婚の翌年、2016年10月下旬に待望の第1子となる長女が誕生。さらに2018年9月上旬には第2子となる次女が誕生し、国分太一は2人の娘を持つ父親となりました。2026年現在、長女は小学4年生（9〜10歳）、次女は小学2年生（7〜8歳）へと成長しています。
メディア関係者の証言や目撃情報によると、娘たちが通う学校については都内の名門私立一貫校（自然との触れ合いや個性を尊重する校風で知られる私立小学校）が有力視されています。芸能人の子弟が多く通う学校でありながら、過度なブランド志向に偏らず、泥遊びや体験学習を重んじる環境を選んだ点に、国分夫妻の明確な教育哲学が表れています。
家庭内での国分は、朝の生放送や収録の合間を縫って娘たちの送迎や朝食作りを率先してこなす「イクメン」として知られます。自身が出演する料理番組『男子ごはん』で培った腕前を活かし、休日は娘たちと一緒に野菜を切ったり、庭で育てたハーブを使ったピザを焼いたりと、食育を通じたコミュニケーションを日常的に行っています。
