小渕優子氏の私生活と家族関係は、政界のみならずメディア界とも深く結びついています。小渕氏の夫は、TBSテレビのエグゼクティブプロデューサーを務める瀬戸口克陽（せとぐち かつあき）氏です。2人は成城大学の同窓生であり、小渕氏がTBSに入社した当時の同期の間柄でした。
瀬戸口氏はテレビドラマ界屈指のヒットメーカーとして知られ、『花より男子』シリーズ、『99.9-刑事専門弁護士-』、日曜劇場『グランメゾン東京』など、社会現象を巻き起こした数々の人気作品の制作統括を手掛けてきた人物です。2004年に結婚した際、瀬戸口氏は小渕姓に改姓（婿養子）し、多忙な政治活動を私生活の面から支えてきました。
小渕家には2人の男児（長男・次男）が誕生しており、小渕氏は現職の女性国会議員として出産・育児を経験した先駆者でもあります。少子化担当大臣を務めた際には、自身のワンオペ育児や仕事と家庭の両立における葛藤をメディアで語るなど、当事者目線の発言が共感を呼びました。
また、小渕家のルーツを遡ると、日本の近現代政治史を象徴する名門家系であることが分かります。祖父の小渕光平氏は衆議院議員および中之条町長を務め、父の小渕恵三氏は第84代内閣総理大臣として「平成」の元号を発表した「平成おじさん」として国民に親しまれました。母の千鶴子氏はエッセイスト・環境活動家として知られ、姉の小渕暁子氏はイラストレーター・デザイナーとして活動するなど、一族は政治・文化・メディアの多方面に強固なネットワークを築いています。
