多忙を極める政治活動の裏で、上川氏の家庭環境や家族関係についても高い関心が寄せられています。家族構成は、夫と2人の娘（長女・次女）の4人家族です。
夫である上川卓苗（たく苗）氏は、東京大学時代の同級生でありクラスメイトでした。卒業後に日本銀行へ入行し、各地の支店長や要職を歴任した金融のスペシャリストです。学生時代に出会い、互いの知性と志を認め合って結ばれた2人は、昭和から平成の激動期において、共働きと別居婚・地方勤務を柔軟に乗り越えてきました。
報道関係者の取材や過去の手記によると、夫の卓苗氏は妻の政治挑戦に際して「やるからには最後までやり抜け」と背中を押し、選挙活動でも裏方として献身的に支え続けたと伝えられています。妻が脚光を浴びる一方で、夫自身も自らの職責を全うするという「依存し合わない大人の信頼関係」が築かれていました。
2人の娘に対しても、上川氏は過干渉にならず個人の自立を尊重する教育方針を貫きました。長女は米国の大学院留学を経て国際舞台で活躍し、次女も自立した社会人として自らの道を歩んでいます。「母親が国会議員であること」を特別視させず、健全な心理的境界線（バウンダリー）を保ちながら家庭を維持してきた姿は、現代のキャリア女性と家族のあり方として一つのロールモデルを示しています。
